ENDOCRINOLOGÍA

ENDOCRINOLOGÍA

VÍCTOR M. ARCE PABLO F. CATALINA FEDERICO MALLO

CONTENIDOS PARTE I: MECANISMOS DE ACCIÓN HORMONAL Capítulo 1. Transporte de sustancias a través de membranas Capítulo 2. Canales iónicos Capitulo 3. Receptores acoplados a proteínas G Capítulo 4. Dimerización de receptores acoplados a proteínas G Capítulo 5. Receptores con actividad tirosina-quinasa Capítulo 6. Receptores asociados a tirosina-quinasa Capítulo 7. Receptores de la superfamilia del TGF-β Capítulo 8. Receptores nucleares PARTE II: NEUROENDOCRINOLOGÍA Capítulo 9. La unidad hipotálamo-hipófisis Capítulo 10. Prolactina Capítulo 11. Eje hipotálamo-hipófiso-testicular Capítulo 12. Eje hipotálamo-hipófiso-ovárico Capítulo 13. Neurohipófisis Capítulo 14. Factores tróficos y función neuroendocrina Capítulo 15. Neuroesteroides y sistema nervioso periférico PARTE III. CRECIMIENTO Y DESARROLLO SEXUAL Capítulo 16. Hormona de crecimiento Capítulo 17. Regulación y acciones de la ghrelina Capítulo 18. Actualizaciones en endocrinología de la reproducción Capítulo 19. La pubertad y sus trastornos PARTE IV: TIROIDES Capítulo 20. Fisiología de la glándula tiroides Capitulo 21. Mecanismos moleculares implicados en la función tiroidea Capítuo 22. Síndromes de resistencia a la acción de las hormonas tiroideas Capítulo 23. Anomalías en la función de la glándula tiroides Capítulo 24. Urgencias en patología tiroidea

PARTE V: SUPRARRENALES Capítulo 25. Regulación del eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenales Capítulo 26. Fisiología de la corteza suprarrenal Capítulo 27. Hiperplasia suprarrenal congénita Capítulo 28. Síndrome de Cushing Capítulo 29. Hiperaldosteronismo primario Capítulo 30. Feocromocitoma PARTE VI. PARATIROIDES Capítulo 31. Anatomía y fisiología de las glándulas paratiroideas Capítulo 32. Hiperparatiroidismo primario PARTE VII. OBESIDAD Capítulo 33. Regulación de la ingesta Capítulo 34. Trastornos del comportamiento alimentario: efecto de la composición de la dieta Capítulo 35. Obesidad: conceptos básicos Capítulo 36. Tratamiento de la obesidad Capítulo 37. El síndrome metabólico PARTE VIII: DIABETES Capítulo 38. Diabetes mellitus: conceptos básicos Capítulo 39. Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 Capítull 40. Avances en el diagnóstico de la diabetes mellitus Capítulo 41. Descompensaciones hiperglucémicas en la diabetes Capítulo 42. Complicaciones crónicas de la diabetes mellitus Capítulo 43. Avances en el tratamiento de la diabetes mellitus PARTE IX: OTROS SISTEMAS ENDOCRINOS Capítulo 44. Características fisiológicas de la barrera hematoencefálica Capítulo 45. Efectos fisiologicos del IGF-1: neuroprotección Capítulo 46. Hormonas reguladoras de los procesos de neurogénesis y gliogénesis Capítulo 47. Neuroinmunoendocrinología y enfermedades autoinmunes Capítulo 58. Psiconeuroinmunología

Capítulo 49. El corazón como órgano endocrino: péptidos natruiréticos Capítulo 50. La superfamilia del TGF-β: miembros, regulación y respuestas celulares PARTE X: MÉTODOS EN ENDOCRINOLOGÍA Capítulo 51. Cultivos celulares Capítulo 52. Organización histológica del sistema endocrino: técnicas de estudio Capítulo 53. Metodologías en el laboratorio clínico: el inmunoensayo Capítulo 54. Introducción a la electrofisiología de las células endocrinas Capítulo 55. Ratones modificados genéticamente Capítulo 56. Aplicaciones de los ratones modificados genéticamente en endocrinología

RELACIÓN DE AUTORES Isabel Alonso Servicio de Endocrinología C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra) [email protected] Amalia Andrade Servicio de Análisis Clínicos C.H.U. Xeral-Cies de Vigo [email protected] Ana Aranda Instituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols”. Consejo Superior de Investigaciones Científicas y Universidad Autónoma de Madrid (CSIC-UAM) [email protected] Víctor M. Arce Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Carmen Carneiro Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Eva Carro Servicio de Neurología Hospital 12 de Octubre [email protected] Xesús Casabiell Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Felipe F. Casanueva Departamento de Medicina Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Pablo F. Catalina Servicio de Endocrinología C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra) [email protected] José A. Costoya Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Fernando Cordido Departamento de Medicina Universidade de A Coruña

[email protected] Jesús Devesa Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Carlos Dieguez Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Ricardo V. García-Mayor Servicio de Endocrinología, Diabetes, Nutrición y Metabolismo C.H.U. Xeral-Cies de Vigo [email protected] Africa González Área de Inmunología. Universidade de Vigo. [email protected] Francisco González Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Lucas González Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde Universidade de Vigo [email protected] Carlos Spuch Laboratorio Neurociencias Karolinska Institute [email protected] J. Antonio Lamas Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde Universidade de Vigo [email protected] Francisca Lago Departamento de Medicina Hospital Clínico Universitario de Santiago de Compostela [email protected] Alfonso Leal Departamento de Medicina Hospital Virgen del Rocio. Sevilla [email protected]_andalucia.es Yolanda Diz Chaves Lab. Neurociencias Instituto Cajal. CSIC. Madrid. [email protected] Joaquín Lado Departamento de Medicina

Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Mª Reyes Luna Servicio de Endocrinología, Diabetes, Nutrición y Metabolismo. C.H.U. Xeral-Cies de Vigo [email protected] Federico Mallo Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde Universidade de Vigo [email protected] Aurelio Martís Servicio de Endocrinología C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra) [email protected] Encarnación de Miguel Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde Universidade de Vigo [email protected] Rubén Nogueiras Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Roberto Peinó Departamento de Medicina Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Avelina Pérez-Bravo Servicio de Psiquiatría. C.H.U. Xeral-Cies de Vigo [email protected] Celia Pombo Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Juan Carlos Rueda Servicio de Cirugía C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra) [email protected] Pilar Santisteban Instituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols” Consejo Superior de Investigaciones Científicas y Universidad Autónoma de Madrid (CSIC-UAM) [email protected] Estela Sanchez Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde Universidade de Vigo [email protected] Rosa Señarís

Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Cristina Taboada Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Manuel Tena-Sempere Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología. Universidad de Córdoba [email protected] Mª Ausencia Tomé Departamento de Medicina Universidade de Santiago de Compostela [email protected] Ignacio Torres-Alemán Instituto Cajal Consejo Superior de Investigaciones Científicas. [email protected] Anxo Vidal Departamento de Fisioloxía. Universidade de Santiago de Compostela [email protected]

PARTE I

MECANISMOS DE ACCIÓN HORMONAL

CAPÍTULO 1

P A S O D E S U S T A N C IA S A T R A V É S D E M EM BRANAS

Las células necesitan intercambiar sustancias con el exterior para su funcionamiento.

Además este intercambio permite que la célula pueda comunicarse con otras. Todo intercambio tiene que producirse forzosamente a través de la membrana celular. La membrana celular consta de una bicapa de lípidos (fosfolípidos, colesterol y glicolípidos) que tienen una parte polarizada y otra no polarizada (moléculas anfipáticas). Al estar disueltos en agua, las partes no polarizadas (hidrófobas) se unen entre si y las polarizadas (hidrófilas) miran hacia el agua, conformándose así membranas bicapa. Al microscopio electrónico estas capas se ven como una capa clara (25-40 ) limitada por dos capas oscuras (25 cada una). Entre las moléculas de lípidos hay moléculas proteicas que conforman estructuras que funcionan como receptores, canales o bombas. Dependiendo de la función de cada célula, las proporciones de proteínas y lípidos de sus membranas se modifican. En la tabla 1.1 se muestra un ejemplo de células del hígado y del cerebro. Tabla 1.1. Composición de la membrana plasmática Hígado Proteínas Lípidos Colesterol Fosfolípidos Otros

60% 40% 16% 39% 45%

Cerebro 31% 69% 27% 45% 28%

Las funciones de las proteínas de membrana son variadas, pero las funciones más frecuentes son canales, bombas, enzimas, receptores y sistemas de unión intercelulares. Estas proteínas pueden producir movimientos iónicos o activar segundos mensajeros (AMPc, GMPc, Ca2+, etc). El movimiento iónico produce cambios en el potencial transmembrana. Para eso es necesario que los iones atraviesen la membrana celular utilizando un mecanismo de transporte. Los mecanismos de transporte se dividen en dos grandes grupos: pasivos (por difusión y canales) y activos (bombas, exocitosis y pinocitosis).

MECANISMOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANA Transporte pasivo por simple difusión La energía térmica de las moléculas hace que estén en un continuo estado de agitación y que se desplacen. El desplazamiento que sufren las moléculas en un líquido ha sido estudiado por Einstein y Stokes, quienes asumieron que estos desplazamientos estaban regidos por las fuerzas de rozamiento entre las moléculas. Suponiendo que las moléculas fuesen esféricas el desplazamiento por difusión sigue esta ecuación: RT D = -------6πνrN Donde D es el desplazamiento por difusión, ν es la viscosidad del medio, r es el radio de la partícula, R es la constante de los gases (8,314 J/Kmol), T es la temperatura (expresada en grados Kelvin) y N es el número de Avogadro (6,022·1023). Este movimiento hace que las moléculas de soluto puedan atravesar las membranas celulares. El paso de soluto por este mecanismo se rige por la Ley de Fick o ley de difusión: DA (Ca-Cb) F = ---------------X En donde D es el coeficiente de difusión del soluto en la membrana, A es el área de membrana considerada, Ca y Cb las concentraciones a ambos lados de la membrana y X el grosor de la membrana. Los coeficientes de difusión varían dependiendo de las membranas y de los solutos. Para el caso de que el disolvente sea el agua, la tabla 1.2 da los coeficientes de difusión de diferentes sustancias. Tabla 1.2. Coeficientes de difusión (cm2·s) en agua Sustancia

Coeficiente de difusión

H20

2,2·10-5

02

2,0·10-5

Cl-

2,0·10-5

K

2,0·10-5

+

Na+

1,3·10-5

Glicina

1,0·10-5

Glucosa

0,6·10-5

Lactosa

0,4·10-5

Hemoglobina

0,07·10-5

Como puede verse por la ecuación de Fick lo que realmente determina el paso de sustancias por difusión es la diferencia de concentraciones a ambos lados de la membrana. Cuando esto se iguala no hay paso neto de sustancias. Hay que fijarse que en esta ecuación no se considera la existencia de cargas eléctricas que, como ya se verá supone un importante problema para el movimiento iónico.

Transporte pasivo por canales Los canales son estructuras proteicas transmembrana que permiten el paso de sustancias a su través (ver capítulo 2). Los más relevantes son los que permiten el paso de iones porque modifican el potencial transmembrana generado por las bombas iónicas. Existen multitud de canales con diferentes propiedades. Una vez los canales

se abren, el paso de iones a su través esta regulado por el potencial de equilibrio del ión, por las concentraciones de ión a ambos lados de la membrana y por el potencial transmembrana.

Transporte activo por bombas En las membranas celulares existen complejos proteicos que consumen energía y que son capaces de mover iones y otras sustancias contra un gradiente eléctrico o de concentración. La energía normalmente la obtienen del ATP o del potencial transmembrana. Existe una importante variedad de ellas.

Transporte activo por exocitosis, fagocitosis y pinocitosis Este tipo de transporte se produce cuando parte de la membrana celular engloba sustancias formando vesículas y las expulsa de la célula o las incluye en la célula. Es un mecanismo que se utiliza mayormente en las sinapsis, donde las vesículas contienen neurotransmisores.

CONSECUENCIAS DEL PASO SELECTIVO DE IONES POR UNA MEMBRANA El transporte por difusión llevaría a una situación estable que no sería útil para la célula. Es necesaria la existencia de mecanismos que transporten sustancias incluso en contra de la concentración. Para esto están los transportadores activos, también llamados bombas. Como normalmente lo que se transporta son iones, estas bombas reciben el nombre de bombas iónicas.

Iones y potencial de membrana Una de las consecuencias del paso selectivo de iones a través de membranas es que aparecen potenciales eléctricos transmenbrana que interfieren enormemente con desplazamiento iónico que los genera. Los potenciales transmembrana se producen con pequeñas cantidades de iones por lo que la concentración apenas varía a ambos lados de la membrana. Esto es importante porque las bombas iónicas, aunque deben consumir mucha energía para mover un ión a través de la membrana contra potencial, en realidad el número absoluto de iones que mueven es muy bajo. Si un ión está a diferentes concentraciones a ambos lados de una membrana, el ión tiende a ir hacia el lado en donde la concentración es más baja. Pero al mismo tiempo que pasan iones forzados por la diferencia de concentración, comienza a aparecer un potencial transmembrana que frena el paso hasta que se alcanza un equilibrio. El potencial que hay en esta situación de equilibrio se puede calcular con la ecuación de Nerst: RT Ci E = --------- ln ------zF Ce que, suponiendo que la temperatura es de 20ºC queda reducida a: 58.2 Ce E = ------ log -------z Ci en donde E es el potencial transmembrana, R es la constante de los gases, T es la temperatura (expresada en grados Kelvin), z es la valencia del ión, F es el número de Faraday, y Ce Ci son las concentraciones a ambos lados de la membrana (Ce extracelular, Ci intracelular). La tabla 1.3 nos da una idea de las concentraciones y de los potenciales de equilibrio de diferentes iones en una célula muscular esquelética de un mamífero.

Como las concentraciones no varían (excepto en el caso del Ca2+ intracelular y el hecho de que el H+ se tampona), la salida o entrada de un ión al abrirse un canal viene determinada por el potencial transmembrana que haya en ese momento (-90 mV en el ejemplo de la tabla). La tendencia es a que entren o salgan iones para ajustar el potencial transmembrana al potencial de equilibrio del ión. Es importante tener en cuenta el signo de la carga del ión. También es importante tener en cuenta que al moverse el ión, él mismo cambia el potencial transmembrana hasta llevarlo al su potencial de equilibrio. En el caso del Cl- por ejemplo, si el potencial transmembrana es -90 mV y se abren sus canales, sale de la célula repelido por la negatividad intracelular y atraído por la positividad extracelular, pero solo hasta que se alcancen los -81 mV de su potencial de equilibrio. Si el potencial de membrana fuese inicialmente -60 mV y se abriesen los canales de Cl-, el Cl- entraría en la célula empujado por la diferencia de concentración, hasta que la membrana alcanzase los 81 mV, es decir, hiperpolarizandola. Por este motivo los canales de Cl- tienden a estabilizar la hiperpolarización de la célula. Tabla 1.3. Concentraciones y potenciales de equilibrio de diferentes iones en una célula muscular esquelética de un mamífero. Ion

Concentración externa (mEq)

Concentración interna (mEq)

Ev (mV) (Basal 90)

Na+ K+ Ca2+

142 4 2.4

10 140 0.0001

+67 -90 +127

ClMg2+ CO3H-

103 1.2 28

4.2 58 10

-81 -49 -26

FosfatosSO42H+

4 1 0.00004

75 2 0.0001

+74 +9 -23

Glucosa

90 mg/dl

0-20 mg/dl

Aminoacidos

90 mg/dl

200 mg/dl

Colesterol Fosfolipidos Grasa neutra

0.5 mg/dl

2-95 mg/dl

PO2

33 mmHg

20 mmHg

PCO2 pH Proteinas

46 mmHg 7.4 2 g/dl

50 mmHg 7.0 16 g/dl

Normalmente en reposo, la célula muscular tiene un potencial transmembrana de –90 mv. Esto significa que el único ión que está en equilibrio es el K+, es decir que no tendría un desplazamiento neto a través de la membrana aunque se abran los canales de K+. Por el contrario, el Na+ y el Ca2+ tienen 157 (90+67) y 218 (128+90) mV que los fuerzan a entrar dentro de la célula cuando se abren sus canales. En condiciones de reposo esto no ocurre porque la membrana celular es muy impermeable a estos iones y solo permite su entrada cuando se abren unos canales específicos para ellos. Para poder mantener estas concentraciones y este potencial transmembrana es necesaria la existencia de unos mecanismos que transporten los iones a ambos lados de la membrana incluso contra el gradiente de concentración y eléctrico. Estos transportadores son las bombas iónicas.

BOMBAS IONICAS La mayor parte de los experimentos que condujeron a conocer la existencia de bombas iónicas se han realizado en el axón gigante del calamar (o la sepia) y en los glóbulos rojos. En estas y otras células hay un potencial transmembrana que es mantenido por las bombas iónicas y cuya energía es utilizada para transportar otras

sustancias contra gradiente de concentración, como por ejemplo aminoácidos, azúcares y agua. Además muchos enzimas citoplasmáticos se estimulan por K+ o Na+. Algunas bombas toman la energía directamente del ATP, por que en realidad son ATPasas, por ejemplo la bomba sodio/potasio o la bomba de Ca2+. Otras aprovechan los gradientes eléctricos generados por los iones. Normalmente las bombas en lugar de transportar un solo ión, lo que hacen es intercambiar iones, por ejemplo sacar Na+ de la célula y meter K+ en la célula. Por esta razón también se denominan bombas intercambiadoras de iones. Las ATPasas suelen mover iones porque pueden obtener toda la energía necesaria para este proceso, que es importante al tener que luchar contra el gradiente eléctrico. Las bombas no ATPasas suelen tener menor requerimiento energético porque transportan sustancias no iónicas y por lo tanto no afectadas por el gradiente eléctrico, o, cuando transportan estas sustancias ionizadas lo que suelen hacer es intercambiarla con otra de la misma polaridad para evitar crear cambios en el potencial eléctrico. En la tabla 1.4 se presenta una relación de bombas ATPasas y no ATPasas. Tabla 1.4. Bombas iónicas ATPasas y no ATPasas. ATPasas Bomba Bomba Bomba Bomba

Na+/K+. Ca2+/Mg2+ muscular de Ca2+ de los glóbulos rojos de H+ de las células parietales de estómago

Bomba de H+ de las células cromafines suprarrenales Bomba de H+ de los túbulos contorneados distales del riñón

No ATPasas Bomba de aminoácidos. Bomba de azucares Bomba de neurotransmisores Bombas intercambiadoras (Na+/Cl-, Na+/Ca2+, Na+/Mg2+, Na+/H+) Bombas intercambiadoras de iones negativos (Cl/CO3H-)

La bomba de sodio/potasio Esta es la bomba más conocida y es la que se describirá aquí brevemente. Necesita energía que obtiene del ATP, expulsa Na+ del interior de la célula e introduce K+ en el interior de la célula. La bomba Na+/K+ es en realidad un enzima que hidroliza el ATP y a cambio mueve iones. Un mol de ATP almacena 65 kJ. La bomba consiste en una proteína larga incrustada en la membrana celular y tiene la mayor parte dentro del citoplasma celular cruzando la membrana 10 veces. La parte intracelular tiene un sitio de unión del ATP y otro punto donde se produce la fosforilización. En la porción extracelular hay un punto en donde se une la oubaína, un toxico que bloquea la bomba. Se cree que los lugares a donde se une el Na+ y el K+ están en los fragmentos que cruzan la membrana. Los glicósidos cardiacos (digital) también bloquean esta bomba. Su funcionamiento es como sigue y se ha deducido fundamentalmente a partir de estudios en el axón gigante del calamar utilizando Na+ radiactivo (24Na+). Para producirse el intercambio de iones primero se unen tres iones Na+ al transportador. Después se produce la hidrólisis del ATP que pierde un fósforo que se une al transportador produciéndose la fosforilización de un fragmento de la proteína. Esta fosforilización modifica la conformación de la proteína (transportador) y expulsa los tres iones Na+ al exterior. En este momento se unen 2 iones K+ al transportador. A continuación el transportador se defosforiliza y recupera su conformación original, con lo que libera el K+ en el interior de la célula. Como salen tres iones de Na+ y solo entran dos iones K+, el resultado neto es que el exterior de la célula se hace positivo con respecto al interior. Por esta razón se dice que la bomba Na+/K+ es electrogénica. Para que este mecanismo funcione es necesario que haya ambos iones y que haya ATP suficiente. Los experimentos en los que se modifican estas sustancias demuestran que la salida de Na+ se ve alterada.

Un aspecto importante de este mecanismo es que es mucho más lento que el paso iónico por canales, de tal forma que la corriente iónica generada por las bombas solo supone el 1% de la generada por los canales en el mismo tiempo. Ocurre que la mayor parte de las células abran sus canales solo por breves periodos de tiempo y poco frecuentemente, lo que da tiempo a que las bombas recuperen los potenciales transmembrana. BIBLIOGRAFÍA Ashcroft FM 2000 Ionic Channels and Disease. Academic Press. Hille B 1992 Ionic Channels of Excitable Membranes. Sinauer Associates Inc. Purves D, Augustine GJ, Fritzpatrick D, Katz LC, LaMantia A-S, McNamara JO 1997 Neuroscience. Sinauer Associates Inc. Kandel ER, Schwartz JH 2000 Principles of Neural Science (4ª edition). McGrawHill.

RECURSOS DE INTERNET http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/mother/chan.html

CAPÍTULO 2

C A N A L E S IÓ N IC O S

Los canales son estructuras proteicas incluidas en la membrana celular que permiten el paso de sustancias. Los canales más estudiados y más relevantes para las células son los canales que permiten el paso de iones. Se encuentran en las membranas celulares de animales, plantas, y bacterias, y juegan un importante papel en procesos tales como la excitación nerviosa y muscular, secreción hormonal, aprendizaje y memoria, proliferación celular, transducción sensorial, control del balance de sales y agua, la regulación de la presión sanguínea y la contracción cardiaca. El estudio de la estructura y función de los canales tiene importancia porque ayuda a comprender el funcionamiento celular y además porque sus alteraciones son la causa de diferentes enfermedades, ocasionadas por la mutación de un gen que codifica la proteína de un canal pudiendo así alterar su funcionamiento. Por ejemplo, la hipopermeabilidad de los canales de Na+ epiteliales es la causa del pseudohipoaldosteronismo tipo I. Las alteraciones de los ligandos que activan o desactivan el canal (por alteraciones genéticas que afectan al ligando por ejemplo) pueden causar el malfuncionamiento del canal (como ocurre en algunos tipos de diabetes mellitus). La presencia de anticuerpos contra las proteínas del canal también puede producir alteraciones del canal. En algunos casos ciertas bacterias o virus insertan canales en las membranas celulares que causan la muerte celular, como ocurre con el estafilococo aureus. Finalmente, hay ciertas toxinas que alteran el funcionamiento de los canales, como la tetrodotoxina (TTX), por ejemplo.

ESTRUCTURA MOLECULAR DE UN CANAL IÓNICO Los canales son proteínas incluidas en las membranas celulares. Hay que señalar que no solo se encuentran en las membranas externas, sino que también los hay en otras membranas, como en el retículo endoplasmático y las mitocondrias. La cadena de la proteína (subunidad α, β, etc.) cruza varias veces la membrana y se expande por el citoplasma celular y por el exterior de la célula. El fragmento de cadena que cruza la membrana se denomina dominio y es siempre una cadena α. Cada dominio puede tener uno o varios segmentos transmembrana que son las porciones incluidas en la membrana celular. Suele haber un loop intramembrana (H5, hairpin) responsable de la selectividad del ion y de la apertura del poro del canal. Parte de la proteína esta fuera de la célula y parte dentro de la célula. La parte externa puede unirse a polisacaridos.

Normalmente el canal esta formado por varias proteínas diferentes llamadas subunidades, que reciben el nombre de α, β, etc. Un canal se forma por combinaciones de estas unidades formando dímeros, trímeros o tetrámeros. Normalmente cualquier subunidad por si sola puede conformar un canal funcional, pero al añadirse las restantes subunidades mejora o cambia el funcionamiento del canal. Al juntarse varias subunidades forman una estructura circular dejando un poro en el centro por donde pasan los iones. Si el canal es voltaje-sensitivo, tiene un fragmento de la proteína (hairpin) formado por aminoácidos que pueden ionizarse, normalmente incluido en la membrana, que es sensible al voltaje y abre o cierra el canal como una compuerta. Si el canal depende de un ligando para abrirse o cerrarse, tiene un lugar a donde este puede unirse. Puede haber una parte de la cadena de aminoácidos intracelular que funcione como una compuerta tapando o destapando el poro del canal. También suele haber una parte que facilita la unión con otras unidades α o β. La estructura tridimensional (topología) y las características polares de sus aminoácidos de estas unidades proteicas son los que determinan las propiedades funcionales de los canales.

Clonación de canales El desarrollo de la biología molecular ha permitido reproducir canales iónicos en base a la secuencia de aminoácidos que contienen sus cadenas. Así es posible inducir en una célula la expresión de un gen de una unidad α o β de un canal. Al clonar esta proteína, termina incluyéndose en la membrana celular y allí puede ser estudiado. Para esto se utilizan frecuentemente oocitos de Xenopus. Sin embargo no es posible estar seguros de que el canal que obtengamos sea igual al que se forma en una célula original. Los canales de las membranas en su forma original y en células originales se denominan canales en forma nativa. Los canales obtenidos mediante manipulación de genes reciben el nombre de canales clonados. Aunque ambas formas se utilizan a veces indistintamente, lo cierto es que pueden ser muy diferentes puesto que hay aspectos del canal que pueden no ser conseguidos simplemente por la manipulación genética. Por ejemplo, los componentes de polisacáridos que tienen algunos canales pueden afectar el funcionamiento del canal. La organización final de sus diferentes subunidades también puede ser importante para su funcionamiento. La existencia de otras proteínas o moléculas que interaccionen con el canal pueden modificar sus características.

TIPOS DE CANALES IÓNICOS La clasificación de los canales es difícil puesto que no hay criterios claros para agruparlos, pero una clasificación que puede ser útil es la siguiente. • canales voltaje-dependientes. • canales ligando-dependientes (ionotrópicos). • canales activados por segundos mensajeros (metabotrópicos). • otros canales. Los canales voltaje-dependientes permiten el paso de iones dependiendo del voltaje transmembrana. Los canales ligando-dependientes ionotrópicos requieren la unión de una sustancia al propio canal para permitir o anular el paso de iones. Los canales activados por segundos mensajeros (metabotrópicos) requieren que una sustancia se una a un receptor de membrana alejado del canal para que se active una cadena de segundos mensajeros y estos activen finalmente el canal. Además de estos tipos hay otros canales con ciertas particularidades que no se pueden incluir en estos grupos.

Canales voltaje-dependientes Hay numerosos tipos de canales voltaje-dependientes. Aquí se describirán como ejemplo los canales Na+ voltaje-dependientes.

Localización Han sido encontrados en el cerebro, la medula espinal, el músculo esquelético, el músculo cardiaco, el útero y la glía. Hay varios subtipos. En el cerebro de la rata por ejemplo hay canales de Na+ voltaje-dependientes con al menos cuatro tipos de cadenas α diferentes. Esto hace que tengan diferentes propiedades. Por ejemplo, el canal de Na+ del corazón es menos sensible a la TTX que el canal de Na+ del cerebro. Aquí se describe el canal de Na+ voltaje-dependiente de forma general. Estructura Está conformado por dos proteínas diferentes, α y β. La proteína α es la mayor y esta formada de unos 2000 aminoácidos que conforman cuatro series repetidas de aminoácidos (I a IV). Cada una de estas series tiene 6 dominios transmembrana (1 a 6) y un hairpin intramembrana que es el que hace de compuerta. La terminal NH2 y la COOH están ambas intracelulares. Esta unidad α por si sola ya funciona como un canal y no necesita de la unidad β. La proteína β es más pequeña, tiene un solo dominio transmembrana con el extremo NH2 extracelular y el COOH intracelular. La parte extracelular esta fuertemente glicosilada con polisacaridos. No es indispensable para el funcionamiento del poro, pero su presencia mejora notablemente el rendimiento como canal de la unidad α. Funcionamiento Los dominios transmembrana de la proteína β forman un poro en la membrana celular. La subunidad β está cerca de la subunidad α pero no se conoce su forma de acción. La activación (apertura) del canal se produce al cambiar el potencial transmembrana. Una de las propiedades más peculiares de este canal es su marcada sensibilidad al voltaje. Con el potencial de reposo (-90 mV) la probabilidad de apertura del canal es extraordinariamente baja. La despolarización abre rápidamente los canales, de forma que un cambio de 9 mV en la despolarización incrementa por diez las probabilidades de abrirse un canal. La apertura del canal es tiempo dependiente, cuado se produce la despolarización el canal se abre bruscamente pero solo durante 1 ms o menos y a continuación se cierran y permanecen así hasta que la membrana se hiperpolariza de nuevo. El sensor de voltaje que inicia la apertura es la lisina o arginina incluida en el segmento S4 de los dominios transmembrana. Cuando se produce un cambio en el potencial transmembrana el dominio transmembrana se desplaza hacia fuera dentro de la membrana modificando el poro y probablemente cambian la conformación del loop intramembrana de cada subunidad α permitiendo el paso del ión a su través. La inactivación (cierre) del canal se produce de forma rápida e inmediatamente después de la apertura. Se produce por el cierre del loop 1488-1490 dentro del citoplasma celular localizado entre las subunidades III y IV de la unidad α y denominado IFM por tener tres aminoácidos críticos: isoleucina (1488), fenilalanina (1499) y metionina (1490). La fenilalanina en la posición 1489 es el más importante. Este loop funciona como una tapadera que cierra el poro del canal por el extremo intracelular y permanece durante toda la despolarización. Solo se vuelve a abrir cuando se repolariza la membrana de nuevo. La TTX es un tóxico que se encuentra en los ovarios y el hígado de un pez llamado Fugu, muy apreciado en Japón. La TTX se une al aminoácido 387 y tapona el poro, por lo que el canal deja de funcionar.

Canales ligando-dependientes (ionotrópicos) Los canales dependientes del receptor de la acetilcolina (ACh) son los que se exponen a continuación como ejemplo. Estos canales tienen dos grandes subtipos: nicotínicos y muscarínicos. Ambos canales dejan pasar iones Na+ y K+. Se denominan así porque unos son activados por una sustancia y los otros por la otra. Ambos son activados por la ACh, pero de forma diferente. Los canales dependientes del receptor muscarínico están separados del propio receptor. Este receptor al ser activado por la muscarina activa una cascada de segundos mensajeros que son los que realmente actúan finalmente sobre el canal, alejado del receptor. Es un receptor metabotrópico. En el caso de los canales nicotínicos, el receptor está en el propio canal. Este es un canal ionotrópico. Estos son los que trataremos aquí.

Localización Los canales de ACh dependientes con receptor nicotínico se encuentran en las sinapsis interneuronales y en la sinapsis neuromuscular en donde permiten la comunicación sináptica. Estructura Se localizan en la membrana postsináptica. Son pentámeros que tienen dos unidades α, una β, una ε y una δ, pero puede haber combinaciones variadas de ellas. Las subunidades α son parecidas entre si con cuatro dominios transmembrana. Ambas NH2 y COOH están fuera de la célula. La ACh se une a la terminación NH2, con lo que permite la apertura del canal. Funcionamiento Cuando se libera acetilcolina, esta se une a la terminación NH2 (que es extracelular) de una o varias unidades y modifica la estructura del poro. Este se abre y deja pasar Na+ y K+ con lo que se despolariza la célula.

Canales activados por segundos mensajeros (metabotró-picos) La mayor parte de estos canales están en las membranas postsinápticas. Estos canales se abren indirectamente, de tal forma que el receptor y el efector (canal) son moléculas separadas y diferentes. Hay dos grandes familias de receptores metabotrópicos, los receptores acoplados a una proteinas G y los receptores acoplados a tirosinquinasa. Canales acoplados a proteínas G Las proteínas G son proteínas que se unen a una o varias moléculas del nucleótido guanina (ver capítulo 3). A esta familia pertenecen los receptores α y β de la adrenalina, el receptor muscarínico de la ACh, el receptor GABAb, algunos receptores de glutamato, de serotonina, de neuropéptidos, los receptores de olor y la rodopsina. Cuando la molécula de la sustancia activa (normalmente un neurotransmisor) se une al receptor, se activan las proteínas G, poniendo en marcha la cascada de segundos mensajeros. Como segundos mensajeros funcionan el AMPc, el inositol fosfato, el diacilglicerol, y el ácido araquidónico. Canales acoplados a receptores tirosinquinasa Ciertos receptores de membrana con actividad tirosinquinasa son capaces de modular la actividad de canales iónicos, aunque no de forma tan efectiva como los receptores acoplados a proteínas G. A este tipo de receptores se unen fundamentalmente péptidos, entre ellos numerosos factores de crecimiento como el factor de crecimiento epidérmico (EGF), el factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), factor de crecimiento nervioso (NGF) y la insulina (ver capítulo 5).

Otros canales GAP junctions Representan un tipo de canales que permiten la comunicación casi inmediata entre células. Son muy importantes para sincronizar la actividad eléctrica. También sincronizan la secreción glandular como en el caso de los islotes del páncreas. En las células no excitables permiten el intercambio de nutrientes y metabolitos (Ca2+, AMPc, IP3). En el cerebro permiten el paso de K+ desde las neuronas a través de la glía hasta los capilares. También juegan un papel importante en el crecimiento y diferenciación celular. Canales iónicos en células del sistema inmune Los linfocitos T citotoxicos son capaces de producir moléculas de complemento (C1C9). Estas moléculas funcionan en cascada enzimática. Las moléculas C7 a C9 terminan conformando un canal en la membrana de las células blanco que termina destruyendo la célula. Estos linfocitos T también pueden producir perforinas que son proteínas que pueden formar canales en la membrana de las células blanco. Los neutrófilos y macrófagos producen defensinas que son proteínas efectivas ante bacterias y hongos porque forman canales en sus membranas que permiten el paso de aniones (negativos).

Canales iónicos en bacterias, hongos y protozoos Las bacterias pueden producir proteínas cortas (15 aminoacidos, gramicidina por ejemplo) que funcionan como antibióticos que forman canales sobre las membranas de otras bacterias que dejan pasar cationes monovalentes, sobre todo H+. Los estafilococos producen proteínas (toxinas) que actúan como canales y lisan células eucariotas. Los hongos también pueden producir proteínas que funcionan como canales y lisan bacterias. El protozoo Trypanosoma cruzi produce la enfermedad de Chagas. Este protozoo es fagocitado por las células y es encapsulado en una vacuola. Para salir de ella el protozoo produce proteínas que funcionan como canales y producen la lisis de la vacuola con la liberación del protozoo. Canales iónicos en virus El virus de la influenza tiene una cubierta de lípidos (procedente de la última célula que infectó) y tres proteínas en su interior: hemaglutinina, neuraminidasa y proteína M2. La proteína M2 es un canal de protones. La M2 tiene 97 aminoácidos y un fragmento es una cadena α. Esta proteína funciona como un canal en la membrana de la vesícula que se forma con la membrana de la célula cuando el virus entra en la célula. La conductancia del canal para el H+ hace que el pH dentro de la vesícula disminuya y el virus suelte su RNA. BIBLIOGRAFÍA Ashcroft FM 2000 Ionic Channels and Disease. Academic Press.. Hille B 1992 Ionic Channels of Excitable Membranes. Sinauer Associates Inc. Purves D, Augustine GJ, Fritzpatrick D, Katz LC, LaMantia A-S, McNamara JO 1997 Neuroscience. Sinauer Associates Inc. Kandel ER, Schwartz JH 2000 Principles of Neural Science (4ª edition). McGraw Hill.

RECURSOS DE INTERNET http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/mother/chan.html

CAPÍTULO 3

RECEPTORES ACOPLADOS A P R O T E ÍN A S G

Los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs) constituyen la familia de receptores de membrana más abundante (se han identificado más de 800 secuencias que codifican GPCRs en el genoma humano) y con una mayor variedad de ligandos, entre los que se incluyen péptidos y proteínas, bioaminas, derivados de aminoácidos, lípidos, nucleótidos, iones o fotones. Funciones celulares tales como la sínteis y secrección de hormonas, procesos metabólicos o la proliferación y la diferenciación se regulan a través de la modulación de la actividad de estos receptores. Los distintos miembros de esta familia presentan una escasa homología en su secuencia de aminoácidos, pero poseen una estructura similar en la que podemos distinguir 3 dominios principales (figura 3.1): • dominio extracelular en el que se encuentran (en la mayor parte de los casos) las secuencias de unión al ligando. Este dominio es el menos conservado. • dominio transmembrana, caracterizado por presentar siete hélices transmembrana (por lo que estos receptores se denominan también receptores de 7 pases o receptores serpentina), unidos entre si por 3 loops intracelulares (i1-i3) y 3 extracelulares (e1-e3). • dominio intracelular, en el que destacan una zona de unión para proteínas G y una serie de secuencias de fosforilación que participan en el mecanismo de inhibición del receptor. En humanos, los GPCRs se agrupan en 5 familias. La familia 1 está, a su vez, dividida en 3 subfamilias 1a, 1b y 1c. La familia 1a la constituyen los receptores para la mayor parte de odorantes y otras pequeñas moléculas como encefalinas o catecolaminas. En este caso, la zona de unión con el ligando no se encuentra en el dominio extracelular, sino en el dominio transmembrana. La familia 1b incluye los receptores para algunos péptidos, citoquinas y trombina. La zona de unión se localiza mayoritariamente en el dominio extracelular, aunque también intervienen determinadas regiones del dominio transmembrana. La familia 1c incluye los receptores de las hormonas glucoproteicas. La zona de unión al ligando está, prácticamente en su totalidad, en el dominio extracelular. Los receptores de la familia 2 tienen una organización similar a los de la familia 1c (pero muy escasa homología de secuencia). Dentro de esta familia se incluyen los receptores de diversas hormonas

(PTH, calcitonina, VIP, PACAP, GnRH, CRH, etc.) y algunas toxinas como la de la viuda negra. La familia 3 incluye los receptores metabotrópicos y los sensores de calcio. La familia 4 los receptores de feromonas y la familia 5 incluye a frizzled y smoothened, 2 importantes receptores implicados en la regulación del desarrollo embrionario.

Figura 3.1. Estructura de los receptores acoplados a proteínas G

ACTIVACIÓN DE LOS GPCRs Desde el punto de vista funcional, los GPCRs se caracterizan por estar acoplados a unas proteínas denominadas proteínas G. Las proteínas G son unas GTPasas triméricas que se encuentran unidas a la cara citoplasmática de la membrana plasmática. Están constituidas por una subunidad α, una subunidad β y una subunidad γ, aunque las subunidades β y γ son indisociables, por lo que se comportan como una unidad funcional. Hasta el momento se han identificado 20 tipos de subunidades α, 13 de subunidades γ y 7 de subunidades β. Según la similitud de la secuencia de aminoácidos de la subunidad α, las proteínas G se clasifican en 4 familias: Gs, Gi/o, Gq/11 y G12/13. El dominio TM es el elemento clave en el proceso de activación de los GPCRs. La unión del ligando al receptor, induce un cambio conformacional de este dominio que va a modificar, a su vez, la conformación de i2 e i3 aumentando su afinidad por la subunidad α de las proteínas G. Cuando no está unida al receptor, la subunidad α de las proteínas G se encuentra en estado inactivo (formando el trímero con la subunidad βγ) y tiene afinidad por GDP. Tras unirse al receptor, la subunidad α intercambia GDP por GTP y sufre un cambio de conformación que hace que se separe del dímero βγ. Una vez separados, tanto el dímero βγ como la subunidad α se vuelven funcionalmente activos, activando o inhibiendo a sus moléculas diana. Finalmente, las subunidades α libres producen la hidrólisis de la molécula de GTP con lo que retornan a su estado inactivo, uniéndose de nuevo a dímeros βγ. El porcentaje de hidrólisis de estas moléculas aumenta significativamente gracias a la contribución de las proteínas GAPs (GTPase-activating proteins) acelerando la reacción unas 2000 veces. Entre las proteínas GAPs de las proteínas G se incluyen proteínas efectoras como la PLC- (phospholipase C- ) o p115RhoGEF y las proteínas RGS (regulators of G protein signalling).

INACTIVACIÓN DE LOS GPCRs Los GPCRs pueden ser silenciados a través de 3 mecanismos básicos: inactivación, secuestro y down regulation. La inactivación se produce a consecuencia de la

fosforilación de residuos de serina y treonina del dominio intracelular del recetor por acción de una serie de quinasas entre las que destacan las GRKs (G-protein-linked receptor kinases). La fosforilación de estos residuos determina la unión de una proteína denominada arrestina al dominio intracelular del receptor, inactivándolo. Además, la unión de la arrestina induce la internalización por endocitosis del receptor, dando lugar al secuestro del receptor. Si se produce la fusión de las vesículas endocíticas con los lisosomas, se produce la degradación del receptor o down regulation.

RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS GS Una vez separada del dímero βγ, la subunidad αs activa a otra proteína de membrana que es la adenilato ciclasa (AC) que genera cAMP a partir de moléculas de ATP, aumentando, por tanto, los niveles intracelulares de dicho mensajero. El incremento de los niveles de cAMP va a determinar, a su vez, la activación de una serina/treonina quinasa que es la proteína-quinasa A (PKA) (figura 3.2). En su estado inactivo, la PKA está constituida por 2 subunidades catalíticas y 2 subunidades reguladoras que son las que presentan capacidad de ligar cAMP. La unión del cAMP a las subunidades reguladoras produce una disociación del complejo, liberándose unidades catalíticas activas que serán las responsables de la fosforilación de residuos de serina y/o de treonina de determinadas proteínas diana. Una de las principales proteínas fosforiladas por PKA es CREB (cAMP response element binding), que recibe este nombre porque se une a elementos de respuesta génicos denominados CRE (cAMP response element). Cuando CREB es fosforilado por PKA, forma un complejo con CBP (CREB binding protein) que es capaz de unirse a CRE, estimulando así la transcripción de determinados genes.

βγ

α

Figura 3.2. Mecanismo de activación de los receptores acoplados a proteínas Gs

La actividad de la PKA es contrarrestada por una serie de serina/treonina fosfoproteína fosfatasas, entre las que destaca la proteína fosfatasa I que es la responsable de la defosforilación de la mayoría de las proteínas fosforiladas por PKA, incluyendo a CREB, y haciendo así que se inhiba su actividad transcripcional. Otras fosfatasas relacionadas con PKA son PPIIA y PPIIB, también denominada calcineurina, importante sobre todo en el sistema nervioso central. La actividad de la fosfatasa I está regulada por una proteína denominada inhibidor-1, que se une a fosfatasa I e impide su acción. Sin embargo, para que el inhibidor-1 pueda unirse a fosfatasa I es necesario que esté fosforilado. La fosforilación de inhibidor-1 depende de PKA. De esta forma, PKA favorece su actividad quinasa inhibiendo la principal fosfatasa.

RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS Gq El proceso de activación de los receptores acoplados a proteínas Gq es, en su inicio, similar a los anteriores (figura 3.3). Es decir, tras la unión del ligando al dominio extracelular del receptor se produce un cambio conformacional que permite la unión de la proteína Gq a una secuencia específica localizada en el dominio intracelular del receptor. La unión de la proteína Gq al receptor causa la disociación de la subunidad αq que, a su vez, adquiere capacidad de activar una fosfolipasa de membrana: la fosfolipasa C−β (PLC−β). Una vez activada, la PLC−β va a producir la hidrólisis de un fosfolípido de membrana, el fosfatidil inositol bifosfato (PIP2), generando dos productos: diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP3). El IP3 es una molécula hidrosoluble, que se separa de la membrana y difunde por el citosol, uniéndose a receptores específicos localizados en la membrana del RER (retículo endoplásmico rugoso). Estos receptores son canales de calcio que se abren tras unirse al IP3, lo que determina la salida de calcio del retículo y, por tanto, el aumento de la concentración de calcio citoplasmático. Este aumento de la concentración de calcio va a ser responsable, de la activación de diferentes enzimas, entre los que destacan las CaM-kinasas (CaM-K) o quinasas dependientes de calcio y calmodulina y la proteína quinasa C (PKC).

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Figura 3.3. Mecanismo de activación de los receptores acoplados a proteínas Gq

Las CaM-kinasas son una familia de serina/treonina quinasas que recibe este nombre porque su activación depende tanto de la presencia de calcio, como de una proteína ligadora de calcio denominada calmodulina. En ausencia de calcio, la calmodulina se encuentra en estado inactivo, pero una vez que se produce la unión del calcio a la calmodulina, ésta experimenta un cambio conformacional, que determina su activación. Una vez activada, la calmodulina es capaz de activar otras proteínas, las más importante de las cuales son las CaM kinasas. La unión de la calmodulina/calcio a la CaMkinasa, hace que ésta se autofosforile y adquiera capacidad de fosforilar a múltiples proteínas diana. Entre éstas se encuentran, por ejemplo, la AC o CREB dos proteínas implicadas directamente en la señalización mediada por receptores acoplados a proteínas Gs, de forma que de nuevo se pone en relieve la existencia de procesos de integración entre distintas vías. Además, la PKA es capaz también de fosforilar algunas CaM-kinasas y el canal del RER al que se une IP3, modulando así la señalización dependiente de proteínas Gs. Por último, tanto PKA como CaM-K actúan conjuntamente para fosforilar algunas proteínas como es el caso de la fosforilasa quinasa, un enzima implicado en el control de la degradación del glucógeno en el músculo esquelético. El segundo producto generado a partir de la hidrólisis de PIP2, el DAG va a activar a otra proteína-quinasa, la proteína-kinasa C (PKC), denominada así porque para su activación es necesaria también la presencia de niveles elevados de calcio. El aumento de calcio originado por el IP3 produce la translocación de la PKC desde el citosol hasta la cara interior de la membrana plasmática donde será activada por DAG. Una vez activada, la PKC va a fosforilar en serina/treonina diversas proteínas entre las que se encuentran IKK y Raf. IKK es una tirosina quinasa encargada de fosforilar Iκ−B, una proteína citoplasmática que se encuentra unida al factor de transcripción NF−κB, impidiendo su migración al núcleo celular. Cuando Iκ−B es fosforilado, se separa de NF−κB, permitiendo así que éste migre al núcleo donde va a regular la transcripción de genes diana. Como veremos más adelante, NF−κB desempeña también un importante papel en la señalización mediada por receptores de la familia del TNFR. Por su parte, Raf es una serina/treonina quinasa que desempeña un papel fundamental en el mecanismo de transmisión de la señal de los RTKs. Raf va a iniciar una cascada de fosforilación que resultará en la activación de una MAPK. Esta MAPK a su vez va a activar múltiples genes, incluidos factores de transcripción como Elk. Estos hechos ponen de relevancia una característica fundamental de los procesos de señalización que es la constante interconexión entre las distintas vías activadas por cada tipo de receptor.

RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS Gi El funcionamiento es similar a los Gs, pero en este caso la subunidad αi inactiva a la AC, disminuyendo así la activación de PKA. Además, los dímeros βγ generados van a ejercer un triple efecto: secuestran unidades αs libres impidiendo la activación de la AC, inhiben directamente la AC, y abren canales de K+ en la membrana plasmática (este último efecto es característico de los receptores colinérgicos muscarínicos). En general, y como indica su nombre, estos receptores ejercen un efecto inhibitorio.

RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G12 Hasta el momento ha sido difícil distinguir los procesos específicos modulados por los receptores que se acoplan a proteínas de la familia G12 puesto que éstos también parecen activar a las proteínas de la familia Gq. La mayoría de los datos de que se conocen sobre los procesos regulados por las proteínas G12 se derivan de su estudio en modelos experimentales en los que se han sobrexpresado estas proteínas mutadas. Las mutaciones desarrolladas confieren a la proteína actividad constitutiva independiente de su unión al receptor. En estas condiciones, se ha visto que estas proteínas producen la activación de las JNK (c-Jun N-terminak kinasas), de los intercambiadores de Na+/H+ y de la PLD, siendo además responsables de la formación de fibras de estrés dependientes de Rho.

PAPEL DE LOS DIMEROS LOS GPCRs

EN LAS SEÑALES TRANSMITIDAS POR

Durante cierto tiempo se creyó que los dímeros tenían un papel pasivo en la transmisión de la señal iniciada por los GPCR. Se consideraba que estaban unidos a la subunidad en su estado inactivo y se disociaban de ella cuando esta pasaba a estar unida a GTP. Sin embargo, cuando se conoció que los GPCR activaban algunas rutas de señalización de la familia de las MAPK y que sin embargo estas rutas no se activaban por las subunidades se llevaron a cabo diversos estudios que acabaron probando que en algunos sistemas celulares la activación de estas rutas es dependiente de la presencia de los dímeros disociados. Hoy día se sabe que las moléculas que median la transmisión de la señal entre los dímeros y la ruta de las MAPK son varias y en algunos casos específicas de tejido. BIBLIOGRAFÍA !

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CAPÍTULO 4

D IM E R IZ A C IÓ N D E R E C E P T O R E S A C O P L A D O S A P R O T E ÍN A S G

Aunque los modelos tradicionales presentan a los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs) como entidades monoméricas (ver capítulo 3) contamos ya con numerosos datos que sugieren que pueden existir y funcionar como complejos oligoméricos (homo o heterodímeros). Todavía no hay un consenso sobre el papel de esta dimerización, pero se han sugerido numerosas funciones en diversos aspectos de la biosíntesis y exportación del receptor en el retículo endoplásmico (RE), de la afinidad y potencia del ligando, de la transducción de la señal, y de la internalización del receptor. En los próximos años será necesario aclarar si la dimerización de los GPCRs es un proceso general en células y tejidos, y su papel fisiológico in vivo. Ya que por problemas técnicos no siempre es fácil diferenciar entre dímeros u oligómeros mayores, o en ocasiones se detectan ambos tipos de complejos, a lo largo de esta exposición se hablará de dímeros y dimerización para simplificar el problema.

HOMODÍMEROS Y HETERODÍMEROS DE GPCRS Ya algunos autores en los años 1970 y 1980 habían propuesto que los GPCRs podrían existir como dímeros u oligómeros mayores. Sin embargo este concepto fue considerado iconoclástico durante casi 20 años. Hoy en día, y utilizando diferentes técnicas que van desde análisis farmacológicos a estudios biofísicos, se han documentado numerosos ejemplos de homodimerización y heterodimerización de miembros de esta familia de receptores (tabla 4.1). La mayoría de estos estudios fueron realizados en sistemas de expresión heterólogos, con los que se ha demostrado su formación e implicaciones funcionales. Sin embargo existen cada vez más trabajos que confirman su presencia e importancia en diversos tejidos y células (expresión endógena).

Dimerización constitutiva vs. dimerización inducida por un ligando Para comenzar a comprender la fisiología de la dimerización de los GPCRs es importante conocer si estos receptores existen como dímeros estables preformados o son en realidad estructuras dinámicas que pueden ser modulados por sus ligandos. De hecho, el poder clarificar el papel de los ligandos en promover o modular el estado oligomérico de los receptores contribuiría a comprender el papel que la dimerización

puede jugar en la función del receptor. Esta cuestión es todavía más importante en el caso de heterodímeros. Así, si la heterodimerización es un fenómeno general entre los GPCRs, esto generaría una diversidad y complejidad farmacológica desconocida hasta ahora. Tabla 4.1. Homo y heterodimerización de GPCRs. Entre paréntesis aparece el nombre de los ligandos más representativos de cada uno de los receptores. *El Ig-Hepta es un receptor con secuencias parecidas a Ig. Homodímeros

Heterodimerización entre subtipos de receptor

β1 AR (adrenalina, noradrenalina)

GABAbR1 y GABAbR2 (GABA)

β2 AR (adrenalina, noradrenalina)

T1R2 y T1R3 (compuestos dulces)

D2 (dopamina)

T1R1 y T1R3 (compuestos dulces)

D3 (dopamina)

D2 y D3 (dopamina)

δ-Opioide (opioides)

M2 y M3 Muscarínico (Ach)

κ−Opioide (opioides)

δ y κ Opioide (opioides)

H2 (Histamina)

δ y µ Opioide (opioides)

M3 Muscarínico (Ach)

SSTR1 y SSTR5 (somatostatina)

5-HT1B (serotonina)

SSTR2A y SSTR3 (somatostatina)

5-HT1D (serotonina)

SSTR2 y SSTR3A (somatostatina)

MT1R (melatonina)

5- HT1B y 5- HT1D (serotonina)

MT2R (melatonina)

β1 y β2 AR (adrenalina, noradrenalina)

CCR2 (quimoquinas)

MT1R y MT2R (melatonina)

CCR5 (quimoquinas)

TRHR1 y TRHR2 (TRH)

CXCR4 (quimoquinas)

CCR2 y CCR5 (quimoquinas)

SSTR1 (somatostatina)

CCR2 y CCR5 (quimoquinas)

SSTR4 (somatostatina)

CCR2 y CXCR4 (quimoquinas)

SSTR5 (somatostatina)

S1P1 y S1P2 (esfingosina 1-fosfato)

B2 (bradiquinina))

S1P1 y S1P3 (esfingosina 1-fosfato)

Receptores de Oxitocina

S1P2 y S1P3 (esfingosina 1-fosfato)

V1a (vasopresina) V2 (vasopresina)

Heterodimerización entre receptores diferentes

Receptores de TRH

SSTR2A (somatostatina) y µ- Opioide (opioides)

Receptores de Angiotensina

AT1 (angiotensina) y B2 (bradiquinina)

Receptores de MSH

SSTR5 (somatostatina) y D2 (dopamina)

Receptores de Bombesina

δ−Opioide (opiodes) y β2 AR (adrenalina, noradrenalina)

Receptores de LH

κ-Opioide (opiodes) y β2 AR (adrenalina, noradrenalina)

Ig-Hepta * (desconocido)

A2A (adenosina ) y mGluR5 (glutamato)

Receptores de GnRH

A2A (adenosina) y D2 (dopamina)

mGluR1a (glutamato)

A1 (adenosina) y D1 (dopamina)

mGluR5 (glutamato)

A1 (adenosina) y P2Y1 (ATP)

CaR (calcio)

mGluR (glutamato) y CaR (calcio)

S1P1 (esfingosina 1-fosfato) S1P2 (esfingosina 1-fosfato) S1P3 (esfingosina 1-fosfato)

Para muchas otras familias de receptores, como los receptores tirosina quinasa o los receptores de citoquinas, se considera una regla la homo y heterodimerización inducida por un ligando. Sin embargo, este concepto se ha cuestionado recientemente, al menos para algunos receptores. Así, estudios cristalográficos y de interacciones proteína-proteína han sugerido que el receptor de eritropoyetina existe como un dímero preformado y que la unión de la hormona, más que modular el estado de dimerización, induce cambios conformacionales en el dímero. En el caso de los GPCRs existen evidencias que apoyan tanto la teoría de la dimerización constitutiva como la inducida por el ligando. Si tenemos en cuenta todos los datos disponibles existen tres tipos de posibilidades descritas: • Se detectan dímeros en condiciones basales y no se observan cambios en su número tras la unión del ligando, indicando que estamos ante complejos estables preformados. • Se observan los dímeros en condiciones basales, pero los ligandos pueden modular el número de dímeros. • El tratamiento con los ligandos es un prerrequisito para la detección de los dímeros. Esta diversidad de observaciones podría ser consecuencia de diferencias entre los receptores considerados en cada estudio, pero con mayor probabilidad refleja dificultades de interpretación asociadas a las diferentes técnicas utilizadas. Por ejemplo, cambios aparentes en el número de dímeros observados tras el tratamiento con el ligando podría deberse a cambios conformacionales del dímero más que a cambios en el número de unidades diméricas. Estas limitaciones interpretativas impiden establecer una conclusión definitiva y general sobre la importancia relativa de la dimerización constitutiva versus la promovida por un ligando. De todos modos, la descripción reciente de la estructura cristalina del dominio N-terminal del receptor metabotrópico de glutamato sugiere que al menos para este receptor los dímeros están preformados y que la unión del ligando simplemente cambia la conformación del dímero. Estos resultados demostraron que, independientemente de que se cristalizara el receptor solo o unido a glutamato, el dominio extracelular N-terminal que posee el lugar de unión al ligando es dimérico. Además se detectaron dos conformaciones diferentes del dímero, correspondientes al receptor con y sin ligando. Ello indicaría que el glutamato promueve o estabiliza una conformación específica del dímero.

Papel de la dimerización en el proceso de biosíntesis del receptor Existen numerosos ejemplos que sugieren que los receptores acoplados a proteínas G sufren una dimerización temprana en el RE que les permitiría realizar con éxito el proceso de biosíntesis y exportación del RE. Este papel de la dimerización fue sugerida por primera vez en una serie de estudios de los receptores metabotrópicos GABAb. En estos trabajos se demostraba que era necesario coexpresar dos subtipos diferentes de receptores GABAb: el GABAbR1 y el GABAbR2 para obtener receptores funcionales (figura 4.1). Cuando se expresaba únicamente el GABAbR1 este receptor era retenido en el RE (como si se tratara de una proteína defectuosa), mientras que si se expresaba únicamente el GABAbR2 el receptor era dirigido adecuadamente a la membrana plasmática, pero era incapaz de unir GABA, ya que carece del lugar de unión al ligando. Sin embargo cuando ambos subtipos eran coexpreasados, ambos llegaban a la membrana plasmática constituyendo un complejo que era capaz de unir GABA e inhibir la producción de cAMP a través de proteínas Gi/Go. Se sugirió entonces que GABAbR2 serviría como una molécula chaperon que permitía el adecuado viaje de GABAbR1 a la membrana plasmática. De hecho recientemente se ha encontrado una señal de retención en el RE en el extremo C-terminal del receptor GABAbR1. Ya que la mutación de esta secuencia de retención origina la llegada de este subtipo de receptor a la membrana plasmática, se ha propuesto que la coexpresión del subtipo de receptor GABAbR2 enmascararía esta señal. De todos modos la mutación de la señal de retención en el subtipo GABAbR1 no es suficiente para restaurar los mecanismos de señalización. Ello demuestra que el GABAbR2 no sólo es necesario para permitir

un adecuado proceso de exportación del RE sino que también juega un papel en su función.

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Figura 4.1. Papel de la heterodimerización de los subtipos del receptor metabotrópico GABAb (GABAbR1 y GABAbR2) en el transporte del receptor a la membrana plasmática. Cuando GABAbR1 se expresa individualmente el receptor es retenido en el retículo endoplásmico (RE) y no consigue llegar a la membrana plasmática. Cuando se expresa únicamente el GABAbR2, este receptor es transportado a la superficie celular, pero no es capaz de unir GABA y por tanto de señalizar. Cuando son coexpresados, ambos receptores se procesan adecuadamente y son transportados a la membrana plasmática como un dímero estable en donde actúan como un receptor metabotrópico GABAb funcional.

PROPIEDADES FARMACOLÓGICAS DE LOS RECEPTORES DIMÉRICOS La dimerización podría explicar muchas de las observaciones hechas a lo largo de los años sobre cooperatividad (positiva o negativa) en la unión de ligandos al receptor. En este caso la posibilidad de heterodimerización entre receptores diferentes originaría una fuente adicional de diversidad farmacológica. La primera evidencia de que las propiedades farmacológicas de los heterodímeros son diferentes de las observadas en receptores individuales fue la descrita en el campo de los receptores opiodes. Así, la coexpresión de receptores opiodes δ y κ lleva a una pérdida prácticamente completa de la afinidad por ligandos selectivos δ y κ (tanto agonistas como antagonistas), pero se mantiene la afinidad por ligandos no selectivos. La unión al receptor de los agonistas selectivos se puede restaurar si se añaden de forma simultánea los dos ligandos (δ y κ), indicando la existencia de cooperatividad positiva entre agonistas. La heterodimerización de los subtipos de receptores de somatostatina SSTR2A y SSTR3 constituye otro buen ejemplo. El heterodímero pierde afinidad por el ligando L-796,778 (ligando específico de SSTR3). De este modo la heterodimerización resulta en la inactivación del SSTR3. Este fenómeno podría explicar las dificultades que a veces se tiene en detectar binding y señalización específica del SSTR3 en tejidos de mamífero. Por último, otro caso interesante es el de los receptores β-adrenérgicos. La heterodimerización de los subtipos β1AR y β2AR inhibe la activación de la vía de señalización ERK1/2 MAPK (extracellular signalregulated kinase 1/2 mitogen-activated protein kinase) inducida por el receptor β2AR. El descubrimiento de que la formación de heterodímeros puede originar propiedades farmacológicas diferentes abre un abanico de posibilidades de plasticidad farmacológica. Tal vez algunos receptores farmacológicamente bien definidos pero

para los que no se ha encontrado un gen que los codifique sean en realidad dímeros de receptores ya conocidos. Por ejemplo se ha propuesto que los heterodímeros del receptor δ y κ de opiodes podrían representar el subtipo κ2.

LOS DÍMEROS COMO UNIDADES TRANSDUCTORAS DE SEÑAL Aunque existen numerosas evidencias demostrando el concepto de que los GPCRs pueden constituir unidades diméricas funcionales, los estudios del receptor metabotrópico de GABAb aportan los datos más directos y convincentes de que, al menos este receptor, funciona como un dímero constitutivo obligatorio. Utilizando una colección de receptores diméricos se ha demostrado que tanto el dominio extracelular como el dominio transmembrana/citoplasmático de los receptores GABAbR1 y GABAbR2 son esenciales para que el receptor funcione adecuadamente. Así, la coexpresión de un receptor quimérico formado por el dominio extracelular del receptor GABAbR1 y el dominio transmembrana/citoplasmático del GABAbR2 (GABAbR1/2) con el receptor salvaje GABAbR2 consiguió un receptor funcional, mientras que la coexpresión de un receptor quimera GABAbR2/1 con un receptor salvaje GABAbR1 no condujo a la formación de un receptor activo, aunque la mutación en la señal de retención del GABAbR1 permitía la presencia de este receptor en la membrana plasmática. Estos resultados claramente demostraban que la existencia de un dominio transmembrana/citoplasmático del receptor GABAbR2 es esencial para permitir la interacción con las proteínas G. Ya que el GABAbR1 posee el lugar de unión al ligando estos datos sugieren que es necesario el heterodímero para que el receptor sea activo; una subunidad reconoce el ligando (R1) y la otra (R2) está involucrada en la activación de proteínas G. Además, con este modelo se ha podido demostrar también el papel de la heterodimerización en la modulación de la afinidad del receptor por sus ligandos y su funcionalidad. Así, heterodímeros quiméricos constituídos por dos dominios extracelulares de GABAbR1 y uno o dos dominios transmembrana/citoplasmáticos de GABAbR2 no produjeron señalización inducida por el ligando. Por el contrario, heterodímeros con ambos dominios extracelulares R1 y R2 fueron funcionales, independientemente de que tuvieran uno o los dos dominios transmembrana/citoplasmáticos. Por tanto, aunque el GABAbR2 no es capaz de unir GABA, la presencia de un dominio extracelular GABAbR2 en el heterodímero parece esencial para permitir una unión eficaz del ligando al dominio extracelular del GABAbR1, y que ésta sea funcional. El modelo propuesto para este receptor sería, entonces, el siguiente: La unión del GABA al dominio extracelular del receptor GABAbR1 se ve favorecida por la presencia del dominio extracelular del receptor GABAbR2 y esta unión induce, como consecuencia de una serie de interacciones alostéricas dentro del heterodímero, una activación del dominio transmembrana/citoplasmático del receptor GABAbR2 que interactúa y activa las proteínas G correspondientes.

RECEPTORES DIMÉRICOS Y SU INTERNALIZACIÓN Existen estudios que demuestran que la heterodimerización podría modular selectivamente los procesos de endocitosis de distintos receptores. Representaría por tanto un nuevo mecanismo regulador que disminuiría o aumentaría la internalización y desensibilización de determinados GPCRs. Por ejemplo, cuando se coexpresan el receptores de somatostatina SSTR1 (resistente a la internalización) y el receptor de somatostatina SSTR5 (que sufre internalización inducida por ligando), el tratamiento con somatostatina induce la internalización de los dos subtipos de receptores. También se ha descrito el caso contrario. La coexpresión de un receptor adrenérgico β2AR (receptor internalizable) y el receptor κ de opioides (resistente a la internalización) inhibe la internalización inducida por ligando del receptor β2AR, indicando que en este ejemplo el complejo heterodimérico es preferencialmente retenido en la superficie celular. Es posible, entonces, que la heterodimerización modifique la conformación de los receptores y ello cambie su posible interacción con otras moléculas. Por ejemplo, se

ha demostrado que la formación de complejos heterodiméricos de los receptores de TRH, TRHR1 y TRHR2, incrementa la interacción del TRHR2 y la β-arrestina1. BIBLIOGRAFÍA Anger S, Salahpour A, Bouvier M 2002 Dimerization: an emerging concept for G protein-coupled receptor ontogeny and function. Annu Rev Pharmacol Toxicol 42:409. Bai M 2004 Dimerization of G-protein-coupled receptors: roles in signal transduction. Cell signalling 16:175. Bouvier M 2001 Oligomerization of G-protein-coupled transmitter receptors. Nature Rev Neurosci 2:274. Bulenger S, Marullo S, Bouvier M 2005 Emerging role of homo-and heterodimerization in G-proteincoupled receptor biosynthesis and maturation. Trends in Pharmacol Sci 26: 131.

CAPÍTULO 5

R E C E P T O R E S C O N A C T IV ID A D T IR O S IN A -Q U IN A S A

Dentro de las diferentes familias de receptores, existe una que se caracteriza porque todos sus miembros poseen actividad tirosina quinasa intrínseca. Por tanto, poseen la capacidad de catalizar la transferencia de grupos fosfato γ de la molécula de ATP a grupos hidroxilo de aquellas tirosinas que pueden estar tanto presentes en los propios receptores como en determinadas proteínas susceptibles de ser fosforiladas por éstos (substratos). Esta característica les confiere su nombre y por ello son denominados receptores tirosina quinasa (RTKs). Estos receptores desempeñan un papel crucial en el control de procesos celulares básicos como proliferación, migración, metabolismo, diferenciación y supervivencia celular, así como en la regulación de la comunicación intercelular durante el proceso de desarrollo. Dentro de su estructura podemos definir una serie de dominios (figura 5.1): • dominio extracelular de unión al ligando, que generalmente se encuentra glicosilado • dominio transmembrana • dominio intracelular o citoplasmático que contiene un dominio proteína tirosina quinasa, así como otras secuencias reguladoras que pueden ser susceptibles de autofosforilación o fosforilación mediada por otras tirosina quinasas.

MECANISMO DE ACTIVACIÓN DE LOS RTKS A fin de que la señal desencadenada por la unión del ligando al dominio extracelular genere un cambio conformacional en la estructura del propio receptor, lo que permitirá la activación de su dominio quinasa situado en su porción intracelular, los receptores deben dimerizarse. Esto permite que los extremos citosólicos de ambos receptores inicien el proceso de señalización intracelular. La unión del ligando a su receptor específico suele a su vez producirse en forma de dímero 2:2 (figura 5.2).

.

Figura 5.1. Estructura de los RTKs

Mecanismo de activación de las vías de señalización vía RTKs La autofosforilación del dominio citoplasmático de los RTKs es crucial en el mecanismo de activación de las diferentes proteínas implicadas en las cascadas de señalización dependientes de la activación de ese receptor específico. La fosforilación puede producirse no sólo en aquellas tirosinas situadas en el propio dominio quinasa del receptor, lo que incrementará la actividad quinasa intrínseca del enzima, si no que ciertas tirosinas situadas dentro de la porción intracelular del receptor, pero fuera del dominio quinasa, pueden ser también fosforiladas. Éstas últimas contribuyen a la conformación de lugares de unión de alta afinidad para multitud de proteínas, proteínas que posteriormente participarán en el proceso de señalización hacia el interior de la célula. El entorno polipeptídico que rodea a una determinada tirosina fosforilada será el que confiera la especificad de unión a una u otra de estas proteínas de señalización. Una vez la proteína se une a una determinada fosfotirosina localizada en la porción citosólica del receptor, ésta puede ser a su vez fosforilada en una de sus tirosinas por el dominio quinasa del receptor y por tanto ser a su vez activada.

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Figura 5.2. Mecanismo de activación de los RTKs mediante su dimerización.

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La combinación de moléculas señalizadoras que cada RTK es capaz de activar condiciona las acciones biológicas específicas de cada vía. Las proteínas participantes en las cascadas de señalización intracelular suelen compartir determinados dominios muy conservados de unión a fosfotirosinas. Entre ellos los más comunes son los dominios SH2, cuyo nombre proviene de Src homology region ya que inicialmente fueron identificados en la proteína Src, y los dominios PTB (phosphotyrosine-binding), que aunque menos comunes participan en vías de señalización clave para funciones biológicas básicas de la célula. Estos dominios, a través del reconocimiento específico de determinadas fosfotirosinas, permiten a las proteínas de las que forman parte, tanto la unión al RTK activado como a otras proteínas intracelulares que hayan sido a su vez fosforiladas en algún residuo tirosina. Otros tipos de dominios presentes en este tipo de proteínas, y que les permiten interaccionar con otras que conformen una determinada cascada de señalización, son los dominios SH3, cuyo nombre de nuevo proviene del hecho de haber sido inicialmente descritos en la proteína Src. Este dominio le permite a la proteína la posibilidad de interaccionar con dominios ricos en residuos prolina presentes en otras proteínas (figura 5.3).

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Figura 5.3. A. Proteína que presenta en su estructura tanto dominios SH2 como SH3. B. Interacción proteína-proteína en las cascadas de señalización intracelular a través de dominios SH2 y SH3.

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Algunas de estas proteínas de señalización funcionan simplemente como moléculas adaptadoras, lo que permite la interacción de proteínas fosforiladas en sus residuos tirosina con otras que no poseen dominios SH2.

VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR DEPENDIENTES DE RTKs Una vez activados, estos receptores inducirán la activación de múltiples vías de señalización que a su vez resultarán en la expresión de genes implicados en el control de aquellos procesos celulares básicos en los que los RTKs desempeñan un papel clave. Entre las vías más relevantes dependientes de RTKs nos centraremos en dos de las más importantes, ya que otras vías aunque relevantes y también dependientes de la activación de RTKs como la de JAKs-STATs serán comentadas posteriormente en el capitulo 6.

Vía Ras-MAPK Entre las moléculas adaptadoras, mencionadas anteriormente en el apartado dedicado al mecanismo de activación de las vías de señalización vía RTKs, encontramos moléculas básicas para la activación de vías dependientes de la familia de proteínas Ras cuya principal función es la de actuar como transductores de la

señal iniciada por el RTK, transmitiéndola a través de múltiples vías al interior de la célula, participando así en el control de procesos como la proliferación y/o diferenciación celular. Las proteínas Ras pertenecen a una superfamilia de GTPasas monoméricas, familia a la que también pertenecen otras proteínas como Rho y Rab, implicadas en las vías de señalización dependientes de receptores que regulan respectivamente tanto el citoesqueleto como el transporte intracelular de vesículas. Al igual que la mayoría de las proteínas que unen GTP, Ras funciona como un interruptor bimodal, presentando por tanto dos estados conformacionales diferenciados, uno activo cuando éste se encuentra unido a GTP y uno inactivo cuando él que esta unido a Ras es GDP. Estos dos estados conformacionales están regulados por dos clases de proteínas señalizadoras, guanine nucleotide exchange factors (GEFs) que participa en la disociación de GDP y posterior captación de GTP desde el citosol activando por tanto Ras, y las GTPase-activating proteins (GAPs) que incrementan la hidrólisis del GTP asociado a Ras inactivándola (figura 5.4). En aquellas vías dependientes de Ras la proteína adaptadora es Grb-2, proteína que posee un dominio SH2 lo que le permite unirse a determinadas fosfotirosinas localizadas en la porción intracelular del receptor tirosina quinasa activado, y un dominio SH3, necesarios para la interacción con dominios ricos en prolinas existentes en un GEF, que en el caso de Ras se denomina Sos. Cuando el receptor no presenta en su estructura las fosfotirosinas necesarias que le permitan su interacción directa con Grb-2, la molécula adaptadora Shc servirá de puente posibilitando así la activación de Grb-2 y por tanto su posterior unión a Sos. Alternativamente, aunque en menor medida existen GEFs capaces de activar Ras de forma independiente a Sos. 81+: &-9 &

& Figura 5.4. Mecanismo de activación e inactivación de Ras.

& 8199:

Una vez Ras es activado, multitud de vías transmitirán esta señal al interior de la célula. Entre las vías dependientes de Ras podemos citar la vía dependiente de la proteína quinasa mitogen-activated protein kinase (MAPK), esta serina-treonina quinasa requiere para su activación la fosforilación de dos de sus aminoácidos, una treonina y una tirosina. La quinasa que fosforila a MAPK en estos dos residuos es la MAP-kinase-kinase, también denominada MEK, que a su vez es activada mediante fosforilación por la MAP-kinase-kinase-kinase, también denominada Raf, siendo ésta a su vez activada por Ras. Todas estas quinasas son inactivadas mediante desfosforilación de uno de los dos residuos fosforilados. Estos mecanismos de inactivación de la vía suelen ser activados bien directamente o indirectamente cuando la propia vía se activa, actuando por tanto como un mecanismo de retroalimentación negativa de la propia cascada de señalización.

Vía PI3K-AKT Otra de las vías de señalización activadas por señales extracelulares a través de receptores RTKs es la dependiente de la quinasa phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K). Esta quinasa compuesta por una subunidad catalítica y otra reguladora no fosforila otras proteínas, a diferencia de las anteriormente mencionadas, sino que fosforila fosfolipidos de inositol (PIs). Los PIs son lípidos de membrana cuya principal característica es la de poder ser fosforilados de forma reversible en múltiples lugares pudiendo así generarse varios

fosfolipidos de inositol. Una vez activada la PI3K fosforilará los fosfolipidos de inositol en la posición 3 del anillo inositol generando diversos lípidos como PI(3,4)P2 ó PI(3,4,5)P3. A su vez, estos lípidos pueden servir como nuevos sitios de unión para otras proteínas de señalización intracelular, participando así en la activación de una determinada cascada de señalización. Estos fosfolípidos de inositol permanecen en la membrana hasta que sean desfosforilados por fosfatasas específicas, función que desempeñan a través de la eliminación del grupo fosfato en la posición 3 del anillo inositol. Una de estas fosfatasas es la phosphatase and tensin homolog (PTEN) o también denominada mutated in multiple advanced cancers 1 (MMAC-1). Estos fosfolipidos de inositol una vez fosforilados interaccionan con proteínas de señalización intracelular que poseen dominios pleckstrin homology (PH), entre las que podemos citar a Sos, ciertas proteína quinasas C (PKCs) o una de las más relevantes la quinasa AKT o proteína quinasa B (PKB). Esta quinasa, una vez PI3K es activada a través de una determinada señal extracelular, se situará en la porción citosólica de la membrana plasmática, pudiendo así encontrarse con PI(3,4,5)P3 al que se unirá, modificando así su conformación estructural y pudiendo ser activada mediante fosforilación por una quinasa fosfoinositol-dependiente denominada PDK1. Ésta al igual que AKT se encuentra situada en la cara citosólica de la membrana plasmática. Una vez AKT es activada a través de este mecanismo, la quinasa regresa al citoplasma donde podrá encontrarse y fosforilar diversas proteínas implicadas en la regulación de la supervivencia y proliferación, así como en la síntesis de proteínas. BIBLIOGRAFÍA Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P 2002 Molecular Biology of the Cell (4th edition) Garland Publishing. Fabian MA, et al 2005 A small molecule-kinase interaction map for clinical kinase inhibitors. Nat Biotechnol 23:329. Gschwind A, Fischer OM, Ullrich A 2004. The discovery of receptor tyrosine kinases: targets for cancer therapy. Nat Rev Cancer 4:361. Schlessinger J 2004 Common and distinct elements in cellular signaling via EGF and FGF receptors. Science 306:1506. Schlessinger J 2000 Cell signaling by receptor tyrosine kinases. Cell 103:211. RECURSOS DE INTERNET http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/CN3D/cn3d.shtml http://stke.sciencemag.org/

CAPÍTULO 6

R E C E P T O R E S A S O C IA D O S A T IR O S IN A -Q U IN A S A

La principal característica de los receptores asociados a tirosina-quinasa es que carecen de actividad enzimática, pero están estrechamente asociados a proteínas con actividad tirosina-quinasa. Dentro de este grupo se incluyen los receptores de antígenos de las células T y B del sistema inmune, las integrinas y la denominada superfamilia de receptores de citoquinas dentro de la que se incluyen no solo un gran número de receptores de citoquinas sino también algunos receptores de hormonas. (tabla 6.1).

CARACTERÍSTICAS CITOQUINAS

GENERALES

DE

LOS

RECEPTORES

DE

Los receptores de citoquinas son proteínas transmembrana, de cadena sencilla, aunque durante el proceso de transmisión de la señal, la unión del ligando da lugar a la formación de complejos funcionales (homodímeros, heterodímeros u heterooligómeros). Los receptores de citoquinas se dividen, a su vez, en dos subfamilias: los receptores tipo I (también conocidos como familia de receptores hematopoyéticos) y los receptores tipo II. Los receptores tipo I tienen un elevado grado de homología en su dominio extracelular, presentando todos ellos una serie de residuos de cisteína muy conservados y un motivo WSXWS. Por el contrario, el dominio intracelular está menos conservado, aunque todos los receptores tipo I presentan 2 regiones (denominadas box 1 y box 2) que son esenciales para el anclaje de las Janus quinasas (ver más adelante). La mayor parte de los miembros de esta familia forman heterocomplejos en los que una de las subunidades es específica y la otra común. Existen 3 tipos de subunidades comunes (γc, βc y gp130), lo que permite distinguir 3 subgrupos de receptores tipo I. Un cuarto subgrupo estaría constituido por los receptores tipo I que forman monómeros/homodímeros, dentro del que estaría incluidos los receptores de hormona de crecimiento (GH), prolactina (PRL) o leptina (tabla 6.1).

Tabla 6.1. Ejemplos de ligandos que actúan uniéndose a receptores de la familia de receptores de citoquinas. Se muestran también las JAKs y STATs que son activadas durante el proceso de señalización. IFN: inferferón; IL: interleuquina; GM-CSF: factor estimulate de colonias de granulocitos-macrófagos; LIF: factor inhibidor de leucemia; EPO: eritropoyetina; TPO: trombopoyetina. Receptor (subunidad común)

JAK quinasas

STATs

IL-2 IL-3 GM-CSF

Tipo I (γc) Tipo I (βc) Tipo I (βc)

JAK1, JAK3 JAK2 JAK2

STAT5 STAT5 STAT5

IL-6 LIF Leptina EPO GH PRL TPO IFN-α/β IFN-γ

Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo

JAK1, JAK2 JAK1, JAK2 JAK2 JAK2 JAK2 JAK2 JAK2 Tyk2, JAK1 JAK1, JAK2

STAT3 STAT3 STAT4 STAT5 STAT5 (STAT3) STAT5 STAT5 STAT1, STAT2 STAT1

Ligando

I (gp (130) I (gp (130) I I I I I II II

Los receptores tipo II se caracterizan por presentar 2 dominios fibronectina en su región extracelular, pero carecen de las secuencia WSXWX y de los residuos de cisteína que caracterizaban a los receptores tipo I. En función de la longitud de su dominio intracelular, se pueden distinguir 2 grupos de receptores: cortos y largos. Generalmente, los complejos funcionales son heterodímeros en los que participan una subunidad corta y una subunidad larga. Muchas de las cadenas pueden formar parte de más de un complejo. El mecanismo de señalización de los receptores de citoquinas es relativamente sencillo, y depende principalmente de la activación de dos familias de proteínas intracelulares: las Janus quinasas (JAKs) y las STATs (signal transducers and activators of transcription). Por este motivo, a la vía de señalización de estos receptores se le conoce, habitualmente, como la vía de JAK-STAT. Sin embargo, los receptores de citoquinas pueden activar otras vías de señalización (ver más adelante).

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS JANUS QUINASAS. Las Janus quinasas son una familia de proteínas con actividad tirosina-quinasa, que reciben este nombre en honor a Jano, el dios romano de las transiciones. En mamíferos, la familia de las JAKs está constituida por 4 miembros denominados JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2, que presentan un elevado grado de homología, y funciones en gran medida redundantes. La expresión de JAK1, JAK2 y Tyk2 es ubicua, mientras que JAK3 se expresa únicamente en células hemáticas de estirpe mieloide. Desde el punto de vista estructural, las JAKs se caracterizan por poseer una serie de dominios conservados denominados JH (JAK homology) (figura 6.1). El dominio JH1 es el que presenta la actividad tirosina-quinasa, mientras que el domino JH2 o dominio pseudoquinasa ejerce una función reguladora de dicha actividad. Las JAK carecen de dominios SH3 (ver capítulo 5), pero presentan secuencias con homología con los dominios SH2 en su región JH3, por lo que esta zona podría ser la encargada de unir residuos de fosfotirosina. Por úlitmo, los dominios JH4-JH7 forman el denominado domino FERM (4.1 ezrin, radixin and moesin), responsable de la asociación con el receptor. Muchos de los datos existentes sobre la función específica que desempeña cada una de las JAKs surgen del estudio del fenotipo de ratones knockout. Los ratones knockout para JAK1 presentan una inmunodeficiencia severa con alteraciones en linfocitos B, T y NK. Este tipo de alteración denominada SCID (severe combined immunodeficiency) se produce porque JAK1 se une a la subunidad específica de los receptores de citoquinas que se combinan con la subunidad común γc. Por tanto, los ratones knockout para JAK1 presentan una deficiente respuesta a múltiples interleukinas. Además, los ratones knockout para JAK1 presentan numerosos defectos en el desarrollo del sistema nerviosos, debido a que JAK1 participa también

en la señalización de aquellos receptores de citoquinas en los que la subunidad común es gp130. Probablemente, como consecuencia de las alteraciones en el desarrollo del sistema nervioso, los ratones knockout para JAK1 mueren perinatalmente. 9-

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+6% Figura 6.1. Estructura de las JAKs.

En el caso de JAK2, los ratones knockout para esta proteína mueren durante el periodo embrionario, debido a un severo fallo en la hematopoyesis, debido probablemente a la importancia de JAK2 en la señalización del receptor de eritropoyetina (EPO). Además, estos ratones presentan también un fallo en la respuesta celular a diversas interleukinas, factor estimulante de colonias de granuloci-tos/macrófagos (GM-CSF), trombopoyetina (TPO) e interferón γ (IFNγ). Los ratones knockout para JAK3 son viables, pero presentan SCID, debido a que JAK3 se une a la subunidad γc de los receptores tipo I. De hecho, las consecuencias de la falta de JAK3 son idénticas a las que se observan en la ausencia de γc. Por último, los ratones knockout para Tyk2 presentan un fenotipo prácticamente normal (únicamente se observa una mayor susceptibilidad a padecer infecciones virales), probablemente debido a que esta proteína es la que presenta una función más redundante.

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS STATs

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Las STATs son una familia de factores de transcripción constituida por 7 miembros denominados STAT-1, STAT-2, STAT-3, STAT-4, STAT-5A, STAT-5B y STAT-6. Aunque las diferentes STATs presentan un menor grado de homología que las JAKs, es posible distinguir en todas ellas 7 dominios conservados (figura 6.2): • dominio N-terminal. Es, probablemente, el encargado de regular la traslocación nuclear, además de favorecer la interacción de las STATs con otras proteínas y con el DNA. • dominio CCD (coiled-coil domain). Interviene en la interacción de las STATs con otras proteínas y, probablemente, también en la unión de las STATs al receptor de citoquinas. • dominio DBD (DNA binding domain). Es el encargado de reconocer las secuencias específicas de DNA a las que se unen las STATs. • domino de unión (linker). Su función es conectar el DBD con el domino SH2. • domino SH2. Es el dominio que posee capacidad de reconocer residuos de fosfotirosina. Este dominio SH2 es el más conservado y por su capacidad de reconocer residuos de fosfotirosina resulta fundamental para el reclutamiento de las STATs por los receptores de citoquinas y para su unión con las JAKs. Además, la interacción entre dominios SH2, es la responsable de la dimerización de las STATs. • dominio TAD (transactivation domain). Es el dominio encargado de regular la transcripción. 6% +6%

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Figura 6.2. Estructura de las STATS. CCD coiled-coil domain. DBD: DNA binding domain. TAD: transactivation domain.

Al igual que ocurría con las JAKs, mucha de la información sobre la función de las distintas STATS procede del estudio de ratones knockout. Los ratones knockout para STAT1 se desarrollan normalmente, aunque tienen una mayor susceptibilidad a padecer infecciones virales y bacterianas. La principal causa de este defecto es un fallo en la respuesta a los IFN. Además, estos ratones presentan alteraciones esqueléticas debido al papel de STAT1 en la respuesta a FGF3 (fibroblast growth factor 3). STAT2 participa de forma específica en la señalización de los IFN tipo I, por lo que los ratones que carecen de esta proteína presentan una mayor susceptibilidad frente a infecciones virales. La pérdida de STAT3 produce muerte embrionaria precoz, probablemente debido a la pérdida de la respuesta al LIF (leukemia inhibiting factor). Mediante la generación de ratones knockout condicionales se ha podido comprobar que STAT3 es también importante en la regulación de la respuesta inflamatoria (debido a su importancia en la respuesta a G-CSF), en el proceso de cicatrización de las heridas y en el desarrollo mamario. El principal efecto de la ausencia de STAT4 es una deficiente respuesta a IL12, por lo que los ratones deficientes en esta proteína presentan un deficiente desarrollo de linfocitos T helper tipo I. En el caso de STAT5A, la principal consecuencia de su deficiencia se manifiesta en ratones hembra en los que se producen defectos en el desarrollo mamario junto con fallos en la lactación, probablemente debido a deficiencias en la respuesta a GH y PRL. Pese a su elevado grado de homología con STAT5A (93% de identidad en su secuencia de aminoácidos) las consecuencias de la deficiencia de STAT5B son completamente diferentes: la principal alteración que se observa es una disminución del crecimiento en ratones macho. La deficiencia combinada de ambas proteínas (STAT5A y STAT5B) produce, además de los fenotipos mencionados, disminución de la linfopoyesis e infertilidad en las hembras. Por último, los ratones knockout para STAT6 presentan una deficiente respuesta a IL4 e IL13 y, en consecuencia, fallos en el desarrollo de linfocitos T helper tipo II.

MECANISMO DE ACTIVACIÓN DE LA VÍA JAK-STAT La activación de esta vía es iniciada por la unión de un ligando a su receptor. Las JAKs están constitutivamente asociadas a las regiones box 1 y box 2 del domino intracelular del receptor, de forma que el cambio conformacional que se produce en el receptor tras la unión del ligando hace que las JAKs se aproximen, lo permite su transactivación (es decir su fosforilación recíproca en residuos de tirosina) (figura 6.3). Una vez activadas, las JAKs van a fosforilar tanto al receptor (en su dominio intracelular) como a las STATs. En ausencia de estimulación, las STATs se encuentran en el citoplasma y son, por tanto, transcripcionalmente inactivas. Sin embargo, una vez fosforiladas por JAK, las STATs dimerizan a través de sus dominios SH2 y se traslocan al núcleo. La entrada de las STATS al núcleo se produce a través de los complejos de poros nucleares (NPCs), por un mecanismo regulado por las importinas. La importuna α reconoce una secuencia específica en las STATS y se une a importina β que es la encargada de traslocar las STATS a través del NPC. La energía necesaria para este proceso procede de la hidrólisis de GTP catalizada por Ran, una GTPasa similar a Ras. Una vez en el núcleo celular, los dímeros de STATS se unen a elementos de respuesta específicos, regulando la transcripción de genes diana.

REGULADORES NEGATIVOS DE LA VÍA JAK-STAT Existen 3 familias principales de reguladores negativos de esta vía de señalización: PTPs (protein tyrosine phosphatases), SOCS (suppressors of cytokine signaling) y PIAS (protein inhibitors of activated STATs). Las principales PTPs implicadas en la regulación de la señalización de los receptores de citoquinas son SHP1 (SH2-containing phosphatase 1) y SHP2. Ambas proteínas se encargan de defosforilar JAKs, aunque recientemente se ha sugerido que pueden actuar también defosforilando STATs. SHP2 es una proteína expresada en múltiples tejidos, mientras que SHP1 está restringida al sistema hematopoyético. Otras fosfatasas como PTP1, TC-PTP (T cell-PTP) CD45 o PTPε participan también en

la regulación de esta vía, aunque su acción está restringida a determinados receptores de citoquinas.

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α

4

@ 4

β

Figura 6.3. Mecanismo de activación de la vía JAK-STAT. En el cuadro se muestran las proteínas implicadas en la traslocación a través del NPC

La familia de proteínas SOCS está constituida por, al menos, 8 miembros. El primer miembro de la familia identificado se denomina CIS (cytokine inducible SH2containing protein) y el resto de componentes se denominan SOCS1-SOCS7. Una importante característica de estas proteínas es que su expresión está regulada positivamente por las STATs, estableciéndose así un circuito de retroalimentación negativa. Las SOCS regulan negativamente la vía JAK-STAT a través de 3 mecanismos. En primer lugar, las SOCS se unen, por medio de su domino SH2, al receptor de citoquinas, impidiendo el acceso de las STATs. En segundo lugar, las SOCS son capaces de unirse a los residuos de fosfotirosinas de JAK, impidiendo la actividad quinasa de ésta. Por último, las SOCS facilitan la ubicuitinación de JAKS, con lo que inducen su degradación en los proteasomas. El tercer tipo de reguladores negativos de la vía JAK -STAT son las PIAS. Hasta el momento se han identificado 5 miembros en esta familia: PIAS1, PIAS2, PIASxα, PIASxβ y PIASy. Las PIAS se unen a los dímeros de STATs activos, bloqueando su unión al DNA.

OTRAS VÍAS DE SEÑALIZACIÓN ACTIVADAS POR LOS RECEPTORES DE CITOQUINAS Aunque el sistema JAK-STAT es considerado como el principal mecanismo de señalización de los receptores de citoquinas, existen otras moléculas que son activadas por estos receptores. Las STAMS (signal-transducing adapter molecules) son proteínas con dominios SH3 capaces de unirse a JAKS y ser fosforiladas por éstas. Una vez fosforiladas, parece ser que las STAMS se traslocarían al núcleo donde regularían la transcripción de determinados genes. Los receptores de citoquinas son también capaces de activar otras proteínaquinasas como la PKC (que desempeña un papel clave en el proceso de señalización

de los receptores acoplados a proteínas Gq, ver capítulo 3), o PKB. Al igual que ocurría en los RTKs (ver capítulo 5) la activación de PKB (también denominada Akt) por parte de los receptores de citoquinas se produce a través de un mecanismo indirecto que es puesto en marcha por la activación de PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase) por parte de JAK/STAT. Una vez activada, PI3K inducirá la fosforilación de fosfatidilinositoles (PI) de membrana dando lugar a la formación de PI(3,4,5)P3. Los residuos de fosfotirosina del PIP3 permitirán el anclaje (y activación) de diversas proteínas entre las que se encuentran PDK-1 (phosphatidylinositol-dependent kinase-1) y PKB. Por último, los residuos de fosfotirosina de JAK pueden servir como puntos de anclaje para la molécula adaptadora SHC y, de esta forma, los receptores de citoquinas son capaces de activar la vía de Ras-MAPK (véase capítulo 5). BIBLIOGRAFÍA Aaronson DS, Horvath CM 2002 A road map for those who don´t know about JAK-STAT. Science 296:1653. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P 2002 Molecular Biology of the Cell (4th edition) Garland Publishing. Chen W, Daines MO, Khurana Hershey GK 2004 Turning off signal transducer and activator of transcription (STAT): the negative regulation of STAT signaling. J Allergy Clin Immunol 114:476. Gadina M, et al 2001 Signaling by type I and II cytokine receptors: ten years after. Curr Opinion Immunol 13:363. Kisseleva T, Bhattacharya S, Braunstein J, Schindler CW 2002 Signaling through the JAK/STAT pathway, recent advances and future challenges. Gene 285:1. Rawlings JS, Rosler KM, Harrison DA 2004 The JAK/STAT signaling pathway. J Cell Sci 117:1281. Renauld J-C 2003 Class II cytokine receptors and their ligands: key antiviral and inflammatory modulators. Nat Rev Immunol 3:667. Touw IP, De Koning JP, Ward AC, Hermans MHA 2000 Signaling mechanisms of cytokine receptors and their perturbances in disease. Mol Cel Endocrinol 160:1.

CAPÍTULO 7

R E C E P T O R E S D E L A S U P E R F A M IL IA D E L T G F -β

El mecanismo de trasducción de señal implicado en la respuesta celular a los miembros de la superfamilia del TGF-β (transforming growth factor-β) es un claro ejemplo de cómo un sistema aparentemente simple es capaz de generar una asombrosa variedad de repuestas. Ello es posible gracias a la existencia de una regulación compleja y la vez precisa, tanto extracelular como intracelularmente. En los últimos años los estudios encaminados a desentrañar el funcionamiento de este sistema han permitido comprender mucho mejor los mecanismos mediante los cuales el TGF-β y los otros miembros de la superfamilia controlan actividades celulares tan variadas como fundamentales en la biología de multitud de organismos.

EL SISTEMA DE RECEPTORES Aunque existen algunas diferencias dependiendo del miembro de la superfamilia implicado, el sistema de señalización es bastante similar entre todos ellos. La señal se transmite a través de un complejo de dos receptores, RI y RII, que poseen actividad serina/treonina quinasa y que se encuentran inicialmente separados y anclados en la membrana celular. La unión del ligando provoca la interacción entre los receptores y su activación, tal y como veremos a continuación. En vertebrados existen hasta cinco tipos de RII y siete de RI, de forma que los distintos miembros de la superfamilia se unen a una determinada combinación RI/RII (figura 7.1). En cada receptor se distingue un dominio extracelular al que se acopla el ligando, una región transmembrana y un dominio intracelular en donde reside la actividad quinasa. Los receptores tipo I, conocidos también como Alks (activin-like receptors) poseen además una secuencia característica TTSGSGSG, denominada dominio GS, situada inmediatamente antes del dominio quinasa y cuya fosforilación en diversos residuos de serina y treonina por parte del RII es imprescindible para su activación (figura 7.1). El RII por el contrario se encuentra constitutivamente activo, aunque se desconoce con exactitud cual es el mecanismo implicado en dicha activación. Aunque la estequiometría exacta del complejo TβRII-Alk5-TGF-β no se conoce con exactitud, se cree que en ausencia de ligando cada receptor se encuentra presente en la membrana plasmática en forma de homodímero. Esto hace suponer que dicho

complejo esté formado por lo menos por un heterotetrámero de receptores unido a un dímero de TGF-β.

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Figura 7.1. Estructura de los receptores de la superfamilia del TGF-β y complejos ligando-receptor Ireceptor II.

La posibilidad de formar distintas combinaciones entre receptores I y II a la hora de constituir el complejo tetramérico permite la unión de diferentes ligandos. Así por ejemplo, el ActR-II puede unir tanto activina como BMPs (bone morphogenetic proteins) dependiendo de cual sea el receptor I asociado, mientras que el BMPR-II puede combinarse con tres tipos distintos de receptores I y unir así varias BMPs. De este modo un mismo ligando puede inducir diferentes rutas de señalización dependiendo de la composición del complejo de receptores al que se asocie. Los ligandos de la superfamilia muestran además distintas afinidades por ambos tipos de receptores, lo que queda reflejado en dos mecanismos diferentes de activación ejemplificados por un lado por el TGF-β y activina y por otro por las BMPs. En el caso del TGF-β, el ligando posee una alta afinidad por el RII, de forma que su unión provoca el reclutamiento del TβRI (Alk5), que es transfosforilado en su dominio GS, iniciándose así la señalización intracelular (figura 7.2). Un mecanismo similar es el utilizado en el caso de la activina, cuyo ActR-II recluta al receptor Alk4. Por el contrario, las BMP2 y BMP4 poseen una alta afinidad por sus receptores de tipo I (Alk3 y Alk6) y baja por los de tipo II (BMPR-II), y es la formación del complejo ligando-RI lo que provoca un aumento de la afinidad por el RII.

MODULACIÓN DE LA ACTIVIDAD Además de por la propia disponibilidad del ligando, la actividad de los receptores se encuentra modulada a través de una serie de mecanismos adicionales como son, la unión a proteínas inhibidoras, la presencia de receptores accesorios y la disponibilidad del receptor. En el medio extracelular se encuentran una serie de proteínas solubles que actúan “secuestrando” al ligando e impidiendo así su unión. Este es el caso de la LAP (latency-associated polypeptide), decorin, folistatina y las familias noggin,

chordin/SOG y DAN/cerberus, cuyo modo de acción se comenta más detalladamente en el capítulo 50.

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Figura 7.2. Mecanismo de activación de los receptores para el TGF-β.

Entre las proteínas que actúan como inhibidoras a nivel intracelular están FKBP12, Smad6 y Smad7. De las dos últimas hablaremos más adelante en el apartado dedicado a las Smads como principales mediadores intracelulares de la señalización por TGF-β. En cuanto a FKBP12, su efecto inhibidor es consecuencia de su capacidad para unirse al dominio GS del receptor I en ausencia de ligando, impidiendo así su fosforilación. Esto ha sido interpretado como un mecanismo de regulación de la actividad basal de dicho receptor, impidiendo su activación accidental por el TβRII o por otras quinasas. Aunque la señalización intracelular se activa a partir de la formación del complejo ligando-RI-RII, ancladas en la membrana celular existen otras moléculas que son también capaces de unir a los distintos miembros de la superfamilia del TGF-β y a las que se denomina receptores accesorios. El primero en ser descrito es el conocido como receptor III del TGF-β o betaglicano. Se trata de una proteína altamente glicosilada, que posee un extenso dominio extracelular y que a diferencia de los receptores I y II carece de dominio quinasa. Aunque el betaglicano no une BMPs o activina, es sin embargo capaz de unir inhibina, lo que constituye un mecanismo de regulación de la acción de activina al bloquear así su acceso al receptor. Otro receptor accesorio es endoglin, cuya expresión y actividad se centra mayoritariamente en células endoteliales. Así, se ha encontrado una asociación entre la existencia de mutaciones en endoglin y Alk1 y la aparición de alteraciones vasculares. Además estudios recientes indican que endoglin actúa regulando la proliferación en las células endoteliales al modular la señalización de TGF-β a través de los receptores Alk1 y Alk5. El grupo de receptores accesorios lo completan, cripto, cryptic y BAMBI (BMP and activin receptor membrane bound inhibitor). Los dos primeros pertenecen a la familia del EGF-CFC (epidermal growth factor-cripto FRL1 cryptic) y facilitan la unión de nodal y GDF1 (growth and differentiation factor 1) a sus receptores, mientras que BAMBI por el contrario actúa como un regulador negativo al competir con el receptor I en la formación de complejos. Por último, la actividad de los receptores se encuentra regulada también a través de su disponibilidad en la membrana celular y su localización intracelular mediante el tráfico en vesículas. El acceso del complejo de receptores a sus sustratos, las Smads, está facilitado por la interacción con proteínas auxiliares como SARA (Smad anchor for receptor activation), Dad-2, Hgs o axin. La unión de SARA al receptor facilita la interacción con las Smads, pero además SARA posee un dominio denominado PYVE

que favorece su localización en la membrana de los endosomas tempranos. Se cree que aunque la fosforilación por el receptor se puede producir en complejos SARASmad anclados en la membrana plasmática, el proceso es mucho más eficiente en los endosomas, a donde los receptores llegan a través de su internalización en vesículas de clatrina. Los receptores pueden internalizarse también mediante la vía raftcaveolae, facilitándose en este caso su interacción con los complejos Smad7-Smurf (Smad ubiquitination regulatory factor), que como veremos mas adelante están encargados de su degradación. La segregación de los receptores en distintos compartimentos durante el proceso de endocitosis regula su actividad, de manera que la internalización en vesículas de clatrina facilita no sólo su interacción con las Smads, sino que los mantiene además alejados de la maquinaria de degradación (figura 7.3).

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Figura 7.3. Internalización de los receptores en vesículas.

SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR: LAS SMADS Una vez activado el complejo receptor la señalización intracelular desencadenada por la unión del TGF-β se transmite a través de la actividad de una familia de proteínas inicialmente identificadas en Drosophila, en donde se las denominó MAD (mothers against Dpp), y que funcionan como factores de transcripción. A los correspondientes ortólogos en vertebrados y gusanos se les conoce como Smads, y se les ha antepuesto los prefijos R- Co- o I- dependiendo de su función. Actualmente hay descritas cinco RSmads (Smad1, Smad2, Smad3, Smad5 y Smad8), denominadas así porque son fosforiladas y activadas directamente por el receptor, y dos I-Smads, Smad6 y Smad7, que funcionan inhibiendo la señalización mediante distintos mecanismos. Smad4 es conocida también como la Co-Smad, ya que como veremos a continuación interacciona con diversas R-Smads. Dependiendo de cual sea el ligando, la R-Smad implicada en la transmisión de la señal es distinta. Así, TGFs-β , activinas e inhibinas activan a Smad2 y Smad3, mientras que las BMPs señalizan a través de Smad1, Smad5 o Smad8. En lo referente a su estructura, la característica común a todas las Smads es la existencia de un dominio muy conservado situado en el C-terminal y conocido como MH2 (MAD-homology 2) (figura 7.4). En esta región residen funciones tales como la

interacción con el receptor, la formación de complejos entre las distintas Smads o la interacción con proteínas de los poros nucleares encargadas del transporte de Smads entre el núcleo y el citoplasma. Las R-Smads poseen además en su C-terminal un motivo SSXS cuya fosforilación por el receptor es esencial para su activación. En las R-Smads y Smad4 se distingue también un dominio N-terminal conocido como MH1 a través del cual tiene lugar la unión al DNA, excepto en el caso de Smad2 (figura 7.4). La región de unión entre MH1 y MH2 es variable dependiendo de las distintas Smads y contiene numerosos lugares de fosforilación para la interacción con otras vías de señalización. En esta región se encuentra además de un motivo conocido como PY a través del cual tiene lugar la interacción con las Smurfs, la familia de proteínas implicadas en el mecanismo de degradación de Smads, tal y como veremos más adelante.

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Figura 7.4. Estructura de las Smads.

Mecanismo de fosforilación y activación de Smads Como hemos mencionado anteriormente, la activación de las R-Smads se produce como consecuencia de su fosforilación por parte del receptor I, concretamente en dos residuos de serina que se encuentran localizados en el motivo SSXS. Dicha fosforilación provoca por un lado la disociación de los complejos SARA-Smad, quedando expuesta la señal de localización nuclear situada en el dominio MH2, y facilita además la unión a Smad4 (figura 7.5). La interacción entre las R-Smads y el receptor se produce a través de regiones muy específicas, en concreto el bucle L45 del dominio quinasa del RI y el L3 situado en el dominio MH2 de la R-Smad. Además de los cambios mencionados, la fosforilación parece facilitar el paso de un estado monomérico a la formación de oligómeros. Así, es posible encontrar heterodímeros (R-Smad-Smad4) o heterotrímeros (dos R-Smads-Smad4) dependiendo del promotor sobre el que actúen o de otros factores de transcripción con los que interaccionen. Las estructuras cristalográficas para los complejos heterotriméricos Smad3-Smad4 y Smad2-Smad4 han sido recientemente caracterizadas.

Transporte entre el núcleo y el citoplasma. En su estado basal, las R-Smads se encuentran localizadas predominantemente en el citoplasma mientras que las I-Smads son fundamentalmente nucleares. Obviamente, su papel como factores de transcripción requiere el traslado de las R-Smads al núcleo tras su activación por el receptor (figura 7.5). En el dominio MH1 de Smad1 y Smad3 se ha descrito la existencia de una señal de localización nuclear que permite su unión a importina-β . Sin embargo, en el caso de Smad2 el transporte el núcleo parece realizarse a través de la interacción con componentes de los poros nucleares, las nucleoporinas CAN/Nup214 y Nup 153. Esta interacción tiene lugar a través de una región en el dominio MH2 y se solapa además con el lugar de unión a SARA y a factores de transcripción nucleares, de modo que las interacciones entre Smad2 y cada uno de estos factores son mutuamente excluyentes. ) +"*@) " *( * 1

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Figura 7.5. Transporte nuclear de las Smads.

Al contrario de lo que sucede con las R-Smads, cuya entrada en el núcleo se realiza de forma dependiente de la presencia de ligando, Smad4 se encuentra constantemente moviéndose entre el núcleo y el citoplasma. Ello se debe a la acción combinada de una señal de localización nuclear constitutivamente activa situada en su dominio MH1 y una de transporte fuera del núcleo (NES, nuclear export signal) localizada en la región de unión entre los dominios MH1 y MH2. La NES está posiblemente enmascarada durante la formación de los complejos con las R-Smads, lo que facilita su permanencia en el interior del núcleo. La intensidad y la duración de la respuesta al TGF-β son importantes a la hora de mantener la activación o represión en la transcripción de los genes deseados. Por ello tanto la actividad de los receptores como la de las Smads es objeto de una fina regulación. Durante el tiempo que dura la señal, la fosforilación de las R-Smads por el receptor asegura su presencia en el núcleo celular, mientras que su transporte continuo entre el núcleo y el citoplasma permite detectar en que momento ha terminado dicha señalización (figura 7.5).

Actividad transcripcional La relativamente baja especificidad con la que las Smads se unen al DNA hace bastante difícil la identificación de elementos de respuesta biológicamente relevantes. El lugar de unión caracterizado para Smad3 y Smad4 lo constituye una secuencia de tan sólo cuatro bases, 5’-AGAC–3’, conocida como SBE (Smad binding element). Sin embargo existen también datos que indican que Smad4, Smad3 y Smad1 pueden unirse a secuencias ricas en G/C. Tal y como mencionamos en el caso de los receptores, sorprende nuevamente que un sistema que utiliza los mismos mediadores, las Smads, pueda generar abanico de respuestas tan amplio como variable, con cambios en el nivel de transcripción en multitud de genes que dependen no sólo del tipo celular sino también del ambiente en el que se encuentre la célula en el momento de recibir la señal. La respuesta parece estar en la presencia de proteínas específicas (factores de transcripción, coactivadores y co-represores) que acompañan a las Smads en cada caso. De este modo, algunos de ellos son ubicuos y están implicados en la misma respuesta en diferentes tipos celulares, mientras que otros o las señales que los generan están presentes en un tipo celular particular y originan por ello respuestas célula-específicas. Además, la cooperación con proteínas específicas explica también como en respuesta a una señal, por ejemplo de TGF-β, un mismo tipo de Smad puede participar tanto en el aumento de la transcripción de un gen como en la represión de otro. Un claro ejemplo de este papel dual de las Smads lo constituye el mecanismo implicado en la parada del ciclo celular en repuesta a TGF-β en células epiteliales. Los primeros factores de transcripción descritos que interaccionan con Smads fueron los miembros de las familias FoxH1 y Mix en Xenopus. Ambos lo hacen a través de una región rica en prolinas conocida como SIM (Smad interaction motif) que se une al dominio MH2 de Smad2 y Smad3. Además del SIM, en los miembros de la familia FoxH1 se ha identificado un segundo motivo de unión conocido como FM (Fast/FoxH1 motif). En la actualidad se han descrito interacciones de Smads con diversos miembros de varias familias de factores de transcripción, como forkhead, homeobox, E-box, Jun/Fos, Runx, CREBP y E2F. Aun cuando el modelo de activación de la transcripción se encuentra actualmente bastante bien caracterizado, el papel que juega Smad4 en los complejos transcripcionales sigue siendo motivo de especulación. Por un lado los datos muestran que Smad4 se encuentra siempre presente en dichos complejos. Sin embargo, las células carentes de Smad4, bien de forma natural por mutación o delección en células tumorales, o en líneas derivadas de ratones knockout, muestran aun regulación en la transcripción de ciertos genes en respuesta a TGF-β.

Finalización de la señal Como hemos mencionado anteriormente, los niveles de Smads son un determinante en la duración del estímulo. Su defosforilación por fosfatasas aun no identificadas o su ubiquitinación y posterior degradación en el proteosoma constituyen en la actualidad los dos mecanismos conocidos implicados en la finalización de la dicha señal (figura 7.5). La primera E3 ubiquitina-ligasa en ser relacionada con la regulación de los niveles de Smads fue Smurf-1, a la que se implicó en la degradación de Smad1 y Smad5 en células en estado basal. Sin embargo datos recientes obtenidos a partir de ratones carentes de Smurf-1 muestran que estos animales poseen niveles normales de diversas proteínas consideradas sustratos de Smurf-1, entre ellas las propias Smad1 y Smad5. Una posible explicación es la existencia de un papel compensatorio que sería ejercido por su homólogo Smurf-2. La ubiquitinación de Smad3 parece ser llevada a cabo por una familia distinta de E3 ubiquitina-ligasas, el complejo SCF/Roc. Smuf1 y Smurf2 participan también en la degradación de los receptores, proceso en el que juega un importante papel Smad7. Como hemos mencionado anteriormente, en células en estado basal Smad7 se encuentra en el núcleo, donde permanece unida a la acetil transferasa p300. La acetilación en determinados residuos que son también susceptibles de ubiquitinación protege a Smad7 de la degradación por Smurfs. En presencia del ligando, Smad7 se traslada fuera del núcleo y forma un complejo con

Smurf, que lo dirige hacia la membrana plasmática en donde participa en la ubiquitinación de los receptores. La otra Smad con actividad inhibidora, Smad6, funciona de manera distinta ya que actúa como un competidor de Smad1, uniéndose a Smad4 e impidiendo así la formación de complejos Smad1-Smad4.

INTERACCIÓN CON OTRAS RUTAS DE SEÑALIZACIÓN Además de mediadores de la respuesta a TGF-β y otros miembros de la superfamilia, las Smads pueden ser intermediarios en otras vías de señalización. Tanto en la región de unión entre los dominios MH1 y MH2 como en el propio dominio MH1 se han encontrado lugares de fosforilación para diversas rutas (figura 7.5). Así por ejemplo algunos datos indican que la fosforilación por Erk en respuesta a Ras oncogénico inhibe la traslocación de Smads al núcleo, lo que explicaría la ausencia de respuesta a TGF-β en algunas células que poseen Ras hiperactivo, aunque este fenómeno no parece ser universal. Ras oncogénico también parece inducir la degradación de Smad4. La activación de CamKII (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II) puede provocar también la fosforilación de Smad2, Smad3 y Smad4, e inhibe la traslocación al núcleo de Smad2 y la heteromerización de Smads. Por el contrario, la fosforilación de Smad3 por SAPK/JNK (c-Jun N-terminal kinase) induce su trasporte al núcleo y su actividad transcripcional. Recientemente se han localizado en Smad3 tres residuos que son fosforilados por las quinasas dependientes de ciclinas Cdk4 y Cdk2. La mutación de dichos residuos provoca un aumento de la actividad transcripcional de Smad3, lo que indica que la elevada actividad Cdk presente en algunos tumores podría contribuir a través de este mecanismo a la resistencia a TGF-β. Al contrario de lo que ocurre con las R-Smads, Smad4 no es sustrato de fosforilación por ninguna ruta. Además de las Smads, TGF-β puede activar otras vías de señalización como son las mediadas por Erk, JNK y p38 MAPK, y como acabamos de mencionar alguna de estas rutas regula a su vez la actividad de Smads. Sin embargo, la rápida respuesta observada en algunos casos sugiere la independencia de un efecto transcripcional. Esto parece confirmarse por el hecho de que células carentes de Smad4 o con mutaciones en el TβRI responden a TGF-β activando la ruta de p38 MAPK. En resumen, el gran número de pasos implicados en el proceso de señalización, que van desde el procesamiento extracelular del ligando, su accesibilidad al receptor, la afinidad del ligando por el receptor, hasta la modulación a nivel intracelular, dan muestra de la enorme importancia que tiene el control preciso de esta ruta. Sumada a esta complejidad está la existencia de interacciones entre la ruta del TGF-β y otras vías de señalización, constituyéndose así un entramado complejo que en muchos casos está aun siendo explorado. BIBLIOGRAFÍA Chacko BM, et al. 2004 Structural basis of heteromeric smad protein assembly in TGF-beta signalling. Mol Cell 15: 813. Chen YG, et al. 1998 Determinants of specificity in TGF-beta signal transduction. Genes Dev 12:2144. Derynck R, Zhang YE 2003 Smad-dependent and Smad-independent pathways in TGF-beta family signalling. Nature 425:577. Di Guglielmo GM, Le Roy C, Goodfellow AF and Wrana JL 2003 Distinct endocytic pathways regulate TGF-β receptor signaling and turnover. Nature Cell Biol 5:410. Ebisawa T, et al. 2001 Smurf1 interacts with transforming growth factor-beta type I receptor through Smad7 and induces receptor degradation. J Biol Chem 276:12477. Germain S, Howell M, Esslemont GM, Hill CS 2000 Homeodomain and winged-helix transcription factors recruit activated Smads to distinct promoter elements via a common Smad interaction motif. Genes Dev 14: 435. Huse M, Chen YG, Massague J, Kuriyan J 1999 Crystal structure of the cytoplasmic domain of the type I TGF beta receptor in complex with FKBP12. Cell 96:425. Inman GJ, Nicolas FJ, Hill CS 2002 Nucleocytoplasmic shuttling of Smads 2, 3, and 4 permits sensing of TGF-β receptor activity. Mol Cell 10:283. Lebrin F, et al. 2004. Endoglin promotes endothelial cell proliferation and TGF-beta/ALK1 signal transduction. EMBO J 23:4018.

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CAPÍTULO 8

RECEPTORES NUCLEARES

Las hormonas esteroideas y tiroideas, el ácido retinoico, la vitamina D y otras juegan pequeñas moléculas lipofílicas ejercen sus acciones a través de su unión a receptores nucleares que actúan como factores de transcripción dependientes de ligando regulando la expresión de genes específicos. Otras proteínas junto con los receptores citados forman la denominada superfamilia de receptores nucleares. Para muchos de los receptores no existe un ligando conocido y por ello se les denomina receptores “huérfanos”. Sin embargo, algunos de estos huérfanos han sido “adoptados” recientemente ya que se han identificado los ligandos de algunos de ellos, demostrándose que productos del metabolismo lipídico como derivados del colesterol, ciertos ácidos grasos, derivados de prostaglandinas, leucotrienos o incluso los ácidos biliares pueden regular la expresión génica a través de su unión a receptores nucleares. Estos ligandos, a diferencia de las hormonas clásicas, se originan intracelularmente como producto del metabolismo Algunos receptores, como el de glucocorticoides, en ausencia de ligando se encuentran asociado a otras proteínas entre ellas la proteína de choque térmico Hsp90 que lo retienen en el citosol. Tras la unión del ligando el receptor sufre un cambio conformacional por el cual se disocia del complejo citosólico y es transportado al núcleo. Sin embargo, los receptores de hormonas tiroideas son de localización nuclear en ausencia de hormona, y lo mismo ocurre con los receptores de ácido retinoico y algunos receptores “huérfanos” (figura 8.1). Los receptores nucleares tienen una estructura modular y están formados por diferentes regiones que corresponden con dominios funcionales autónomos. Un receptor nuclear típico contine un extremo N terminal (A/B), un dominio de unión a DNA (DBD) o region C, una region bisagra D, y una region E/F carboxi-terminal que contiene el dominio de unión al ligando (LBD) y una región de dimerización. Los receptores nucleares también contienen dos dominios de activación transcripcional, un dominio de activación transcripcional independiente de ligando (AF-1) que se encuentra en la region A/B, y un dominio de activación transcripcional dependiente de ligando (AF-2) localizado en el extremo C-terminal del LBD (figura 8.2). El dominio C de unión a DNA (DBD) es el más conservado y está compuesto de 2 “dedos de zinc”, en los que un átomo de zinc coordina tetrahedricamente cuatro cisteínas. El DBD está formado por dos hélices α y a través de la primera los receptores se unen con alta afinidad al surco mayor del DNA reconociendo secuencias

específicas denominadas elementos de respuesta a hormonas o HREs que se encuentran en las regiones reguladoras de los genes diana.

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Figura 8.1. Localización inracelular de los receptores nucleares

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Figura 8.2. Estructura de los receptores nucleares

La secuencia básica de reconocimiento de los receptores está formada por 6 pares de bases, existiendo dos motivos consenso: la secuencia AGAACA reconocida por los receptores de esteroides (excepto el receptor de estrógenos, ER), y la secuencia AGGTCA al que se unen el resto de los receptores de la superfamilia (figura 8.3). Los elementos de respuesta están generalmente compuestos de dos copias de estas secuencias, aunque excepcionalmente algún receptor "huérfano" reconoce una secuencia AGGTCA no repetida, aunque precedida de una zona rica en nucleótidos A y T. Los receptores de esteroides se unen a palindromes de la secuencia AGAACA separados por 3 nucleótidos, con la excepción de ER que reconoce el motivo consenso AGGTCA con la misma configuración. En cambio, los receptores no esteroideos pueden unirse a HREs formados por palíndromes (Pal), palíndromes invertidos (IPs) o repeticiones directas (DRs) de esta misma secuencia consenso. Los HREs más potentes para estos receptores están formados por DRs con diferente espaciamiento entre los hemisitios. Así, a elementos constituidos por DRs separadas por 3, 4 o 5 nucleótidos (DR3, DR4 y o DR5) se unen con mayor afinidad los receptores de vitamina D (VDR), hormonas tiroideas (TR) y ácido retinoico (RAR), respectivamente. En cambio, un DR1 actúa como elemento de respuesta para el RXR y el receptor de los activadores de proliferación de peroxisomas (PPAR). Aunque algunos receptores nucleares son monoméricos, la mayoría se unen a los HREs como dímeros. El homodímero es la forma activa de los receptores de esteroides. Sin embargo, muchos receptores se unen a los HREs preferentemente en forma de heterodímeros con el receptor X de retinoides (RXR). La heterodimerización con el RXR aumenta no sólamente la afinidad de los receptores por el HRE sino también su actividad transcripcional y las formas heterodiméricas son las biológicamente activas. 61 1

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Figura 8.3. Características de los ERE

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La ocupación de los receptores nucleares por el ligando conduce a la activación de los genes que contienen los HREs. Para esta activación son necesarios los denominados factores coactivadores que por si mismos no se unen a DNA pero que conectan los factores de transcripción con la maquinaria basal de transcripción. Se han identificado diferentes complejos de coactivadores que interaccionan con los receptores nucleares de forma dependiente de ligando y que son esenciales para la activación de la transcripción por estos factores. El LBD de los receptores está formado por 12 hélices α (Η1 a Η12). La unión del ligando produce un cambio conformacional en los receptores que implica fundamentalmente el reposicionamiento de la H12 que contiene el dominio AF-2. Esta hélice se proyecta hacia afuera en el receptor vacío, pero tras la unión del ligando cambia de posición empaquetándose estrechamente con las hélices 3 y 4 (figura 8.4). Este cambio permite la formación de una superficie de interacción para la unión de los coactivadores. El primer coactivador de receptores nucleares clonado fue el SRC-1 (steroid receptor coactivor 1). Esta proteína forma parte, junto con otros dos miembros, de la familia de coactivadores p160. Estos coactivadores tienen un dominio central de interacción con los receptores que contiene tras copias del motivo LXXLL, donde L es leucina y X un aminoácido cualquiera. Un residuo conservado de ácido glutámico presente en la H12 de los receptores, así como un residuo de lisina presente en la H3 también conservado en toda la superfamilia, hacen contactos directos con las leucinas 1 y 5 del motivo LXXLL de los coactivadores, formando una estructura que orienta y posiciona al coactivdor en el surco formado en el receptor tras la unión del ligando. Los coactivadores p160 tienen actividad histona acetil transferasa (HAT) intrínseca que reside en su region carboxi-terminal. La acetilación de histonas produce descompactación de la cromatina produciendo un aumento en la accesibilidad de factores a los promotores y la activación de la transcripción. Dicha region contiene además dos dominios de activación que les permiten interaccionar con otras histonas acetiltransferasas como CBP/p300 (proteína de unión a CREB, el factor de transcripción que se une a a los elementos de respuesta a AMP cíclico) y pCAF (factor asociado a CBP) y con histonas arginina metiltransferasas como CARM1 (arginina metiltransferasa asociada al coactivador) y PRMT (proteína arginina metiltransferasa). Además de interaccionar con los coactivadores p160 a través de un dominio localizado en la region C-terminal, el CBP/p300 interacciona también directamente con los receptores nucleares a través de su extremo N-terminal, que contiene un motivo LXXLL. Todas estas interacciones proteína-proteína permiten que la unión del ligando produzca el reclutamiento de complejos que contienen enzimas que causan la acetilación y metilación local de las histonas de los promotores que contienen los HREs a los que están unidos los receptores nucleares. Los receptores nucleares también reclutan al promotor regulado los factores remodeladores de cromatina dependientes de ATP. Estos complejos utilizan la energía que se produce en la hidrólisis del ATP para producir un cambio en la posición del octámero de histonas con respecto al DNA, lo que facilita también la unión de factores cuyos sitios de unión no estaban expuestos en los nucleosomas. La presencia de la subunidad con actividad ATPasa es requerida para la activación dependiente de ligando por varios receptores nucleares, y se ha demostrado recientemente la existencia de interacciones directas entre los receptores y otros componentes de estos complejos. También en este caso, las interacciones de los receptores con estas proteínas tienen como consecuencia el remodelamiento de los nucleosomas cercanos al sitio de unión a los receptores, que es necesario para la activación transcripcional. Existe un tercer tipo de coactivadores que se reclutan al receptor nuclear tras la unión del ligando. Estos coactivadores forman parte del complejo denominado TRAP (proteinas asociadas al TR) o DRIP (proteínas que interaccionan con el VDR) que es análogo al complejo transcripcional de levaduras denominado mediator. Estos complejos, que también están formados por un gran número de componentes, interaccionan con los receptores de forma dependiente de ligando y del dominio AF-2 a través de la subunidad TRAP220/DRIP205 que también contiene dominios LXXLL y atrearía al receptor el resto de las subunidades. El complejo TRAP/DRIP no tiene ninguna actividad enzimática intrínseca. Sin embargo, algunos de sus componentes

forman a su vez parte del holoenzima de la RNA polimerasa II, con lo cual su función sería atraer a la polimerasa al promotor diana.

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Figura 8.4. Estructura del LBD de los receptores nucleares.

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Además de la activación transcripcional dependiente de ligando se ha demostrado que algunos receptores entre los que se encuentran el TR y el RAR en ausencia del ligando reprimen activamente la transcripción de genes que contienen HREs. Esta represión se debe a que los receptores vacíos, que se encontrarían unidos al DNA, interaccionan con los denominados correpresores. Los dos correpresores más conocidos son el NCoR (correpresor nuclear) y el SMRT (mediador del silenciameinto por TR y RAR). El dominio del receptor que interacciona con los correpresores está formado por regiones que solapan parcialmente con las que participan en la unión con los coactivadores, por lo que la unión al receptor de ambos tipos de factores es mutuamente excluyente. La unión del ligando y el reposicionamiento de la H12 desencadenan la liberación de los correpresores y permiten la unión de los coactivadores. Aunque los receptores de esteroides en ausencia de ligando no unen correpresores, se ha demostrado recientemente que la unión de ligandos antagonistas coloca a la H12 en una posición que permite la unión de correpresores y excluye la de los coactivadores. Tanto NCoR como SMRT son proteínas de gran tamaño (270 kd) que interaccionan con los receptores a través de la caja CoRNR, que se encuentra localizada en el extremo C-terminal del correpresor y contiene dos motivos LXXI/HIXXXI/L, que guardan semejanza con los motivos de interacción presentes en los coactivadores y explican la utilización de superficies solapantes en el receptor para la interacción con ambos tipos de coreguladores. Los correpresores poseen en su region N-terminal 3 dominios autónomos de represión transcripcional. Aunque los correpresores en sí no tiene actividad deacetilasa, a través de esos dominios represores interaccionan directamente con deacetilasas de histonas (HDACs) como HDAC3, HDAC4/5 y HDAC7 y indirectamente con las HDACs 1 y 2 a través del mediador Sin3. En la célula existen complejos preformados de gran tamaño que contienen los correpresores, las HDACs y otros componentes de función aun no bien conocida. Estos complejos se unen a los receptores vacíos, produciendo la deacetilación de las histonas en las regiones

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cercanas a los HREs y causando compactación de la cromatina y consecuentemente la represión de la transcripción de los genes diana. Así pues, el mecanismo de regulación de la transcripción de genes que contienen HREs por los receptores nucleares sería el siguiente (figura 8.5): • los receptores en ausencia de ligando o unidos a un antagonista reprimen la transcripción a través del reclutamiento de complejos correpresores que contienen actividad deacetilasa lo que causa la compactación de la cromatina y la represión de la transcripción. • la unión de un agonista produce la liberación de estos complejos y el reclutamiento de complejos coactivadores. Algunos de estos complejos poseen activadad acetilasa y metiltransferasa, otros tienen actividad remodeladora de los nucleosomas y otros pueden interaccionar directamente con la maquinaria basal de transcripción. • el reclutamiento de estos complejos de forma ordenada y secuencial al promotor de los genes diana, altera la estructura permitiendo su descompactación y la activación de la transcripción.

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Figura 8.5. Regulación de la transcripción génica por receptores nucleares

Diversos receptores nucleares, así como coactivadores y correpresores son dianas de fosforilación por diferentes kinasas que se activan por diferentes factores de crecimiento y oncogenes, lo que puede causar importantes efectos transcripcionales. Un caso bien conocido es la fosforilación de la isoforma a del ER en la serina 118 (en el dominio AF-1) por las MAPKs. Esta fosforilación causa la activación del receptor incluso en ausencia de ligando, lo cual puede tener importancia en las células de carcinoma mamario que dependen del ER para su crecimiento y en las que esta vía de transducción se señales es muy activa. Los coactivadores p160 se activan también por las MAPKs y esta modificación incrementa su actividad, aumentando su interacción con los receptores y con otros coactivadores como CBP. De forma opuesta, la fosforilación del correpresor SMRT inhibe su interacción con el TR y produce la translocación del correpresor al citoplasma, inhibiéndose así su efecto. Los receptores nucleares pueden también reprimir la transcripción de forma dependiente de ligando. En algunas ocasiones esta inhibición es consecuencia de la unión de los receptores a los denominados HREs negativos. Los mecanismos moleculares por los que los receptores nucleares inhiben la transcripción a través de su unión a los HREs negativos aún no están bien definidos. Aparte de este mecanismo activo de represión transcripcional existen mecanismos adicionales por los que los ligandos de los receptores nucleares causan una inhibición de la transcripción. Uno de ellos proviene del hecho de que los receptores actúen en forma de dímeros. Así, la dimerización de un receptor funcional con receptores mutados o truncados puede dar origen a la formación de dímeros inactivos que bien no se unen a DNA o que aunque se unan sean transcripcionalmente inactivos. En el caso de los

receptores que forman heterodímeros un receptor inactivo puede inhibir la acción no solamente de su receptor nativo sino tambén de otros receptores que comparten la misma pareja heterodimérica. Este tipo de mecanismos de competición por unión al HRE y/o por otro receptor puede ser la causa molecular de la denominada actividad dominante negativa de receptores mutados, como la que poseen los mutantes del TR que causan el síndrome de resistencia a las hormonas tiroideas. La inhibición transcripcional causada por los receptores nucleares puede también producirse por interferencia debida a la superposición del HRE con otros elementos del DNA que unen otros activadores transcripcionales. En este caso la unión del complejo hormona-receptor al DNA desplazaría a otros factores de transcripción de sus sitios de unión. Por último, en otros casos se ha demostrado que los receptores nucleares pueden inhibir respuestas transcripcionales de genes que no contienen un HRE a través de la regulación de la actividad de los factores de transcripción que se unen a otros elementos del promotor regulado, un mecanismo al que se denomina transrepresión. En este caso la inhibición se produciría por interacciones directas proteína-proteína con otros factores de transcripción y/o por competición por coactivadores comunes como el CBP que se requieren para la activación de la transcripción por ambos. Por ejemplo, diferentes ligandos de receptores nucleares reprimen la expresión de genes que contienen sitios de unión para el complejo AP-1 (formado por las oncoproteínas jun y fos que parecen jugar un papel fundamental en los procesos de proliferación celular). Muchos de los efectos antiproliferativos y diferenciadores de los glucocorticoides y otras hormonas esteroideas así como de los retinoides podrían implicar este mecanismo de antagonismo transcripcional. Otro importante caso de antagonismo transcripcional sería el que ocurre entre el receptor de glucocorticoides y el factor de transcripción NF-κB. Los glucocorticoides reprimen la activación por las citoquinas inflamatorias de genes que contienen sitios de unión para estos factores, lo que parece jugar un papel fundamental en las acciones anti-inflamatorias de estas hormonas. BIBLIOGRAFÍA Aranda A, Pascual A 2001 Nuclear hormone receptors and gene expresión. Physiol Rev. 81:1269. Baek SH, Rosenfeld MG 2004 Nuclear receptor coregulators: their modification codes and regulatory mechanism by translocation. Biochem Biophys Res Commun, 319:707. Belandia B, Parker MG 2003 Nuclear receptors. A rendezvous for chromatin remodeling factors. Cell 114:277. Greschik H, Moras D 2003 Structure-activity relationship of nuclear receptor-ligand interactions. Curr Top Med Chem 3:1573. Gronemeyer H, Gustafsson JA, Laudet V 2004 Principles for modulation of the nuclear receptor superfamily. Nat Rev Drug Discov 3:950. Guiguere V 1999 Orphan nuclear receptors: from gene to function. Endocr Rev 20:689. Metivier R, et al. 2003 Estrogen receptor-alpha directs ordered, cyclical, and combinatorial recruitment of cofactors on a natural target promoter. Cell 115:751. Privalsky ML 2004 The role of corepressors in transcriptional regulation by nuclear hormone receptors. Annu Rev Physiol 66:315. Stallcup MR, Kim JH, Teyssier C, Lee YH, Ma H, Chen D 2003 The roles of protein-protein interactions and protein methylation in transcriptional activation by nuclear receptors and their coactivators. J Steroid Biochem Mol Biol 85:139.

PARTE II

NEURO ENDOCRINOLOGÍA

CAPÍTULO 9

L A U N ID A D H IP O T Á L A M O -H IP Ó F IS IS

La hipófisis o glándula pituitaria está situada en una depresión de la cara superior del esfenoides denominada silla turca o fosa hipofisaria. En humanos, la hipófisis se divide en dos porciones: una porción glandular o adenohipófisis y una porción neural o neurohipófisis (figura 9.1). La adenohipófisis constituye, aproximadamente, el 80% del total de la glándula y se divide a su vez en dos partes denominadas pars distalis y pars tuberalis. La neurohipófisis está constituida por tres porciones: la pars nervosa o lóbulo posterior, el infundíbulo y la eminencia media que es el punto de unión entre hipotálamo e hipófisis. El conjunto del infundíbulo y la porción superior de la pars tuberalis conforma el tallo hipofisario que constituye la unión anatómica entre la hipófisis y el hipotálamo. En la mayoría de los mamíferos se puede distinguir una tercera porción dentro de la adenohipófisis, denominada pars intermedia o lóbulo intermedio. Sin embargo, en humanos la pars intermedia es una estructura rudimentaria. : &(*( &

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Figura 9.1. Anatomía de la hipófisis.

HORMONAS ADENOHIPOFISARIAS El control de la función adenohipofisaria depende, en gran medida, de una serie de hormonas liberadas por el hipotálamo, las denominadas hormonas hipofisotrópicas. El hipotálamo es uno de los componentes subcorticales del sistema límbico que, además de estar implicado en la regulación de la mayoría de las funciones endocrinas del organismo, participa en el control de múltiples funciones vegetativas y de la conducta emocional. La mayor parte de los núcleos hipotalámicos implicados en el control de la secreción de hormonas adenohipofisarias se localizan en la región supraóptica y en el hipotálamo medio. Los axones de estas neuronas proyectan sobre la eminencia media, donde liberan las hormonas hipofisotrópicas. La adenohipófisis está conectada con el hipotálamo por medio de un complejo sistema vascular denominado sistema portal hipotálamo-hipofisario (figura 9.2). Este sistema consta de dos plexos capilares, conectados entre sí por los denominados vasos portales largos que recorren el tallo hipofisario en sentido descendente. En el sistema portal hipotálamo-hipofisario es de hipotálamo a hipófisis. Esta disposición permite que los factores liberados en la eminencia media lleguen con facilidad a las células adenohipófisarias. El denominado plexo primario se distribuye alrededor de la eminencia media, y su función es recoger las hormonas liberadas por los terminales nerviosos que proyectan sobre esta región hipotalámica. Los capilares de este plexo primario confluyen hasta formar los vasos portales largos que, al llegar a la parte inferior del tallo hipofisario, se ramifican, dando origen a la segunda red de capilares (el plexo secundario). El plexo secundario se distribuye por toda la adenohipófisis, permitiendo que los factores hipotalámicos alcancen fácilmente las células de la adenohipófisis. Además, el plexo secundario es el encargado de recoger las hormonas producidas en la adenohipófisis para transportarlas a la circulación general.

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Figura 9.2. Sistema portal hipotálamo-hipofisario. La vascularización del sistema procede de la arteria hipofisaria superior, rama de la arteria carótida interna, que da origen a una compleja red de capilares que se distribuyen por la eminencia media, formando el denominado plexo primario. El plexo secundario se distribuye por la adenohipófisis y transporta las hormonas adenohipofisarias a la circulación general a través de las venas hipofisarias anteriores. El plexo infundibular es el encargado de recoger las hormonas secretadas en la neurohipófisis. Además de proporcionar la vascularización de la neurohipófisis, las arterias hipofisarias inferiores son el origen de los denominados vasos portales cortos que alcanzan la porción inferior de la adenohipófisis y contribuyen a formar el plexo secundario.

Las principales hormonas adenohipofisarias (junto con sus acciones básicas) se enumeran en la tabla 9.1. Cada una de ellas es producida de forma preferente en un determinad tipo celular, si bien son frecuentes los que una célula produce dos o más hormonas diferentes. Las hormonas adenohipofisarias se clasifican en 3 grandes familias: hormonas glucoproteicas, hormonas derivadas de la proopiomelanocortina y hormonas somatotropas. Esta familia está constituida por 3 hormonas: la hormona estimulante de la tiroides u hormona tirotropa o tirotropina (TSH), la hormona folículoestimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH). Las hormonas glucoproteicas están constituidas por 2 subunidades (α y β), de las cuales la subunidad α es común y la β es específica. En condiciones normales, las cadenas α se sintetizan en exceso con relación a las cadenas β, por lo que la síntesis de estas últimas es el factor limitante en la producción de hormonas glucoproteicas. La TSH es sintetizada principalmente en las células tirotropas, mientras que la FSH y LH (denominadas también gonadotropinas) son sintetizadas principalmente por las células gonadotropas. La POMC es una proteína de 239 aminoácidos que, una vez sintetizada, es sometida a un procesamiento proteolítico (véase capítulo 25). Los principales productos de la POMC en las células adenohipofisarias son la hormona corticoestimulante u hormona adrenocorticotropa o corticotropina (ACTH), la hormona estimulante de los melanocitos (MSH), la lipotropina (LPH) y la β-endorfina. De todas ellas, la ACTH es la única hormona cuya importancia fisiológica ha sido claramente establecida. La familia de hormonas somatotropas está constituida por la hormona de crecimiento (GH) y la prolactina (PRL). Ambas son proteínas de cadena sencilla, con un elevado grado de homología. La GH recibe también el nombre de somatotropina u hormona somatotropa, y es la hormona adenohipofisaria más abundante. En condiciones normales, la hipófisis humana contiene entre 5 y 10 mg de GH, lo que supone un 10% del peso de la glándula. La GH es producida principalmente por las células somatotropas y, a diferencia del resto de hormonas adenohipofisarias, carece de un órgano diana definido. La PRL es sintetizada principalmente por las células lactotropas. Tabla 9.1. Principales hormonas adenohipofisarias.

Hormona

Tipo celular

Principal órgano diana

Principales acciones

TSH (hormona estimulate de la tiroides, tirotropina)

Tirotropas

Tiroides

Estimula la síntesis y liberación de hormonas tiroideas Estimula el crecimiento tiroideo

FSH (hormona folículoestimulante)

Gonadotropas

Gónadas

Estimula el crecimiento folicular Estimula la síntesis de estrógenos Estimula la espermatogénesis

LH (hormona luteinizante)

Gonadotropas

Gónadas

Estimula la ovulación y la formación del cuerpo lúteo Estimula la síntesis de estrógenos y progesterona Estimula la síntesis de testosterona

ACTH (hormona adrenocorticotropa, corticotropina)

Corticotropas

Adrenal

Estimula la síntesis de esteroides adrenales Estimula el desarrollo de la corteza adrenal

GH (hormona de crecimiento, somatotropina)

Somatotropas

PRL (prolactina)

Lactotropas

Regula el metabolismo Estimula el crecimiento corporal Mama

Estimula la producción de leche Estimula el desarrollo de la mama

HORMONAS HIPOFISOTRÓPICAS HIPOTALÁMICAS Las hormonas hipotalámicas responsables de la regulación de la síntesis y secreción de hormonas hipofisarias reciben el nombre de hormonas hipofisiotrópicas (tabla 9.2).

Hormona liberadora de tirotropina (TRH) La TRH es un tripéptido (piroGlu-His-Pro-NH2) que fue caracterizado en el año 1977, de forma simultánea por los grupos de Roger Guillemin y de Andrew Schally, que recibieron el premio Nobel por este hecho. En humanos, el gen de la TRH se localiza en el cromosoma 3, consta de 3 exones y codifica una proteína de 242 aminoácidos (la prepro-TRH). Cada molécula de prepro-TRH contiene en su secuencia 6 moléculas de TRH, junto con una serie de péptidos de conexión de función desconocida. Las neuronas hipotalámicas productoras de TRH se localizan principalmente en el núcleo paraventricular desde donde proyectan sus axones hacia la eminencia media. Los principales efectos de la TRH en la adenohipófisis son ejercidos sobre las células tirotropas en las que: • estimula la síntesis de cadenas α • estimula la síntesis de cadenas β-TSH • estimula la glucosilación de cadenas α y de cadenas β-TSH • estimula la liberación de TSH Además, la TRH es también capaz de actuar sobre las células lactotropas, estimulando la secreción de PRL. Sin embargo, parece poco probable que este efecto tenga importancia en la regulación fisiológica de la secreción esta hormona. Hasta el momento se han identificado dos receptores de TRH en la hipófisis (TRHR-1 y TRHR2), ambos acoplados a proteínas Gq.

Hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) Antiguamente, esta hormona se denominaba LH-RH, ya que se pensaba que su función era estimular únicamente la síntesis y liberación de LH, y que debía de existir una “FSH-RH” que haría lo propio sobre la síntesis y liberación de FSH. Sin embargo, este posible factor estimulador de la liberación de FSH no ha podido ser identificado, por lo que hoy en día se acepta que la GnRH es la responsable de la regulación de la secreción de ambas gonadotropinas. En humanos, el gen de la GnRH hipotalámica (denominado GnRH-I) se localiza en el cromosoma 8, consta de 4 exones y codifica una proteína de 92 aminoácidos (la preproGnRH). Este precursor contiene en su secuencia los 10 aminoácidos que constituyen la GnRH madura y un péptido de 56 aminoácidos denominado GAP (péptido asociado a GnRH) de función desconocida. Las neuronas productoras de GnRH se encuentran dispersas por todo el hipotálamo aunque son más abundantes en el núcleo arcuato y en el hipotálamo anterior. La mayor parte de estas neuronas proyectan sobre la eminencia media, donde liberan la GnRH que alcanza la adenohipófisis. Sin embargo, algunas neuronas productoras de GnRH no proyectan sobre la eminencia media sino que extienden sus axones a otras regiones hipotalámicas e incluso fuera del hipotálamo. Se cree que estas neuronas participan en la regulación de cambios conductuales relacionados con la conducta reproductiva. La GnRH se une a receptores específicos pertenecientes a la familia de receptores acoplados a proteínas Gq, que se localizan principalmente en las células gonadotropas. En humanos existen dos receptores de GnRH, denominados GnRHR y GnRHR2. Las principales acciones de la GnRH sobre la adenohipófisis son: • estimula la síntesis de cadenas α • estimula la síntesis de cadenas β de LH y FSH • estimula la liberación de LH y FSH. • regula la síntesis de sus receptores Para que la GnRH pueda llevar a cabo estas acciones de forma adecuada es necesario que sea liberada de forma pulsátil. La liberación pulsátil de GnRH depende de la actividad intrínseca de las neuronas productoras de la hormona (generador hipotalámico de pulsos). Los cambios en el patrón pulsátil (frecuencia y amplitud) del

generador serán uno de los factores que determinen la relación LH/FSH liberada por la hipófisis. Tabla 9.3. Factores hipofisiotrópicos hipotalámicos Abreviatura TRH (thyrotropinreleasing hormone)

Nombre Hormona liberadora de tirotropina

Localización

Principales acciones

Núcleo paraventricular

Estimula la síntesis y liberación de TSH Estimula la síntesis y liberación de PRL

GnRH Hormona Núcleo arcuato (gonadotropinliberadora de FSH releasing hormone) y LH

Estimula la síntesis y liberación de FSH y LH

GHRH Hormona (growth hormone- liberadora de releasing hormone) hormona de crecimiento

Núcleo arcuato

Estimula la síntesis y liberación de GH

SS (somatostatin); Somatostatina SRIF (somatotropin release-inhibiting factor)

Hipotálamo anterior Sistema periventricular

Inhibe la liberación de GH

CRH (corticotropin- Hormona releasing factor) liberadora de corticotropina

Núcleo paraventricular

Estimula la síntesis de POMC y la liberación de péptidos derivados.

DA (dopamine); PIF (prolactininhibiting factor)

Dopamina; Factor Núcleo inhibidor de paraventricular prolactina

ADH (antidiuretic hormone); AVP (arginine vasopresine)

Hormona antidiurética; Arginina vasopresina

Núcleo paraventricular

Inhibe la liberación de PRL Estimula la liberación de ACTH

Hormona liberadora de corticotropina (CRH) La CRH es un péptido de 41 aminoácidos que fue caracterizado en el año 1981 por el grupo de Willy Vale. En humanos, el gen de la CRH se localiza en el cromosoma 8, contiene 2 exones y codifica un precursor de 196 aminoácidos. La CRH madura que se origina por procesamiento proteolítico de, codificado por un gen que. Las neuronas productoras de CRH se encuentran distribuidas por múltiples áreas del SNC, pero son especialmente abundantes en el núcleo paraventricular del hipotálamo, desde donde proyectan hasta la eminencia media. Aproximadamente la mitad de las neuronas productoras de CRH sintetizan también ADH. Esta ADH es liberada conjuntamente con la CRH en la eminencia media, potenciando su efectoLos principales efectos de la CRH sobre la adenohipófisis son: • estimula la transcripción del gen de la POMC • aumenta la liberación de péptidos derivados de POMC Hasta el momento se han identificado dos receptores de CRH denominados CRHR1 y CRH-R2. El CRH-R1 pertenece a la familia de receptores acoplados a proteínas Gs y es la forma expresada mayoritariamente en la hipófisis. Además de sus acciones sobre la hipófisis, la CRH actúa en múltiples áreas del SNC regulando diversos aspectos de la reacción de respuesta al estrés. En este sentido, la CRH sería (junto con las urocortinas, una familia de 3 péptidos con un elevado grado de homología con la CRH) uno de los principales reguladores de dicha respuesta. Así, la CRH tiene un importante efecto anorexigénico, aumenta la ansiedad, la frecuencia cardiaca y la presión arterial y modula la actividad del sistema inmune.

Hormona liberadora de hormona de crecimiento (GHRH) La GHRH fue identificada en el año 1982, de forma simultánea e independiente por los grupos de Jean Rivier y Roger Guillemin. En humanos, la GHRH está codificada por un gen localizado en el cromosoma 20, que da origen a un precursor de 109 aminoácidos. El procesamiento proteolítico de este precursor dará lugar a las dos principales formas moleculares de GHRH de 40 y 44 aminoácidos. Ambas variantes de GHRH pueden encontrarse en el hipotálamo humano y presentan la misma actividad biológica. Las neuronas hipotalámicas productoras de GHRH se localizan principalmente en el núcleo arcuato, desde donde proyectan sus axones a la eminencia media. Las principales acciones de la GHRH hipotalámica son: • estimula la síntesis de GH • estimula la liberación de GH • estimula la proliferación de las somatotropas. Los receptores de GHRH pertenecen a la familia de receptores acoplados a proteínas Gs. Se ha descrito la existencia de síntesis de GHRH en diversos tejidos extrahipotalámicos, aunque no se conocen otras acciones de esta hormona. Recientemente se ha propuesto que la GHRH podría estar implicada en la regulación del ritmo sueño vigilia y en el control de la ingesta, pero la importancia fisiológica de estas acciones no se ha establecido.

Somatostatina (SS)

La SS también denominada SRIF (factor inhibidor de la liberación de somatotropina) fue aislada en el año 1973 por el grupo de Paul Brazeau. La SS es un péptido ampliamente distribuido por el organismo, siendo sus principales localizaciones el SNC, el tracto gastrointestinal y el páncreas. En humanos, el gen que codifica la somatostatina se localiza en el cromosoma 3, consta de 2 exones y da origen a un precursor de 116 aminoácidos. El procesamiento proteolítico de este precursor dará lugar a las dos formas maduras de la hormona, de 14 (SS-14) y 28 (SS-28) aminoácidos. Ambas formas moleculares tienen una actividad biológica similar, aunque su distribución es diferente. La SS-14 es más abundante en el cerebro (incluido en el hipotálamo), mientras que la SS-28 es más abundante en el tracto gastrointestinal y páncreas. Las neuronas somatostatinérgicas implicadas en el control de la secreción de GH se localizan principalmente en los núcleos preóptico, periventricular y paraventricular, desde donde proyectan sus axones hasta la eminencia media. La principal acción de la SS sobre la hipófisis es inhibir la secreción de GH. Sin embargo, la SS no inhibe la transcripción del gen de la GH, ni la proliferación de las somatotropas, por lo que no antagoniza completamente los efectos de la GHRH. Además, la SS es también capaz de inhibir la secreción de TSH, aunque las concentraciones de SS necesarias para alcanzar este efecto son mucho mayores que las necesarias para inhibir la secreción de GH. Se han identificado 6 receptores de SS (SSTR1, SSTR2a, SSTR2b, SSTR3, SSTR4 y SSTR5). Todos ellos están acoplados a proteínas G, aunque no todos al mismo tipo. Todos los SSTR se expresan en la hipófisis, siendo los más importantes el SSTR2 y el SSTR5.

Dopamina (DA) La DA es el principal factor hipotalámico responsable de la regulación de la secreción de PRL. A diferencia de lo que ocurre con el resto de las hormonas adenohipofisarias, la PRL se encuentra sometida a una inhibición tónica y, aunque existen diversos factores hipotalámicos capaces de estimular su liberación, todavía no ha podido demostrarse que exista un PRF o factor liberador de PRL con importancia fisiológica. Las neuronas dopaminérgicas encargadas de la regulación de la secreción de PRL se localizan principalmente en el núcleo arcuato del hipotálamo desde donde proyectan sus axones a la eminencia media, constituyendo el denominado sistema

tuberoinfundibular. Existen, además, neuronas dopaminérgicas localizadas en los núcleos arcuato y periventricular cuyos axones recorren el tallo hipofisario y llegan hasta el lóbulo posterior. La DA liberada por estas neuronas alcanza el lóbulo anterior por medio de los vasos portales cortos. La DA es también capaz de inhibir la secreción de TSH, pero se trata de un efecto que carece de importancia fisiológica. Los efectos de la DA dependen de la estimulación de receptores D2 localizados en la membrana de las lactotropas y que se encuentran acoplados a proteínas Gi. La DA inhibe tanto la transcripción del gen de la PRL como la liberación de PRL por las lactotropas.

Hormona antidiurética (ADH) Como ya señalamos anteriormente, los axones de las neuronas parvocelulares del núcleo paraventricular no alcanzan el lóbulo posterior de la hipófisis, sino que terminan en la eminencia media. Muchas de estas neuronas coexpresan CRH y ADH, y ambas hormonas son liberadas conjuntamente a la circulación portal. La ADH estimula la liberación de ACTH, actuando sinérgicamente con la CRH. La ADH es un nonapéptido sintetizado a partir de un precursor que contiene en su secuencia otros dos péptidos (la neurofisina II y el denominado glucopéptido N-terminal) que son liberados junto con la ADH madura (figura 12). El gen de la ADH se localiza en el cromosoma 20 y consta de 3 exones. Se han descrito 3 receptores de ADH denominados V1, V2 y V3. Los receptores V1 se localizan fundamentalmente en la pared vascular y median las acciones vasoconstrictoras de la ADH. Los receptores V2 están presentes en los túbulos renales y son los responsables de sus acciones antidiuréticas. Finalmente, los receptores V3 (denominados también V1b) son los responsables de las acciones de la ADH sobre la adenohipófisis. Todos ellos pertenecen a la familia de receptores acoplados a proteínas G. En el caso de los receptores V1 y V3 la proteína G asociada es Gq, mientras que en el caso de los V2 es la Gs. BIBLIOGRAFÍA Goodman HM 2003 Basic Medical Endocrinology (3rd edition). Academic Press. Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S, Polonsky KS 2002 Williams Textbook of Endocrinology (10th edition). Saunders. Pombo M 2002 Tratado de Endocrinología Pediátrica (3ª edición) McGraw-Hill-Interamericana. Porterfield SP 2001 Endocrine Physiology (2nd edition). Mosby. Tresguerres JAF 2000 Tratado de Endocrinología Básica y Clínica. Editorial Síntesis. Tresguerres JAF 2005 Fisiología Humana (3ª edición) McGraw-Hill-Interamericana.

CAPÍTULO 10

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La prolactina (PRL) es una hormona producida por las células lactotropas adenohipofisarias de 199 aminoácidos y masa molecular 23 kDa. Se genera a partir de un producto de transducción primario de 227 aminoácidos, que contiene un péptido señal de 28 aminoácidos. La molécula tiene tres puentes disulfuro intracatenarios Cys 4-12, 58-174 y 191-199. Hay gran heterogeneidad en el producto final de esta proteína, ya que ocurren variaciones postraduccionales que incluyen roturas, polimerización, glicosilación, fosforilación y degradación. Así tenemos un enorme número de formas moleculares cuyas propiedades biológicas no han sido aclaradas (tabla 10.1). El gen que codifica el receptor de PRL se localiza en el cromosoma 5, próximo al locus del receptor de GH. Los receptores de PRL están ampliamente distribuidos por todo el organismo. Existen dos formas, una forma corta de 291 aminoácidos y otra larga de 592 aminoácidos, aunque los dominios extracelular y transmembrana son idénticos y presentan la misma afinidad por la PRL. El dominio intracelular varía y por tanto los efectos biológicos pueden ser diferentes. Este receptor dimeriza en el momento de la unión con la hormona, lo que permite su activación. El complejo hormona-receptor se internaliza y se puede encontrar en el aparato de Golgi y en las vacuolas. En la transducción de señales desde el receptor hasta el interior de las células están implicadas distintas vías de segundos mensajeros, entre ellas Stat, RasRaf y MAPK, que varían de un tejido a otro. En hígado se activa una kinasa C nuclear, y en la secreción de la leche por la mama la fosfolipasa A2.

ACCIONES BIOLÓGICAS DE LA PROLACTINA La PRL ejerce un enorme número de funciones. Se han contabilizado más de 100 en el conjunto de tejidos y órganos, pero destacan sus efectos en la glándula mamaria, ovarios, testículos y sobre el comportamiento reproductivo.

Tabla 10.1. Formas moleculares de PRL Tipo molecular

Características

Por rotura y degradación

16K y 8K en hipófisis y plasma de humanos, ratas y ratones. En rata se origina la forma 21K por degradación de unos pocos aa durante el almacenamiento

Por polimerización

El 80-90% de la PRL de la hipófisis es monomérica, pero un pequeño porcentaje sufre polimerización: 820% es dimérica (Mm 45-50K) y 1-5% es polimérica. Big-prolactin

Glicosiladas

Por unión de un carbohidrato a Asn 31 formando un complejo de 25K. Ocurre en el 13-25% de la PRL hipofisaria, y el 50-100% de la PRL circulante.

fosforiladas

La enzima Prolactina Kinasa fosforila la PRL aunque en la actualidad se desconoce si existen variantes moleculares de este tipo.

placentarias

En la placenta de ratas y ratones hay unas proteínas similares PRL. PRL decidual. Es idéntica a la PRL hipofisaria, pero con regulación distinta. La concentración de PRL en el líquido amniótico es 10100 veces superior que en la circulación materna. Tienen funciones de control hidroelectrolítico amniótico.

hPRL

PRL humana puede unirse a la heparina. La de rata, ovina y bovina (59) no lo hacen.

Glándula mamaria Se ha implicado a la PRL en el crecimiento de la glándula mamaria (mamogénesis), síntesis de leche (lactogénesis) y mantenimiento de la secreción de leche (galactopoyesis). La acción de la PRL sobre la mamogénesis es un hecho que está ampliamente aceptado. En ratones knock-out (KO) para el gen del receptor de la PRL, se comprueba un desarrollo anormal de la mama que carece de las unidades lóbulo-alveolares. En el doble KO para PRL y su receptor, la producción de leche está gravemente alterada, aunque no completamente abolida. La lactogénesis es muy dependiente de PRL, que regula la síntesis de proteínas lácteas (caseína y lactoalbúmina), lactosa, glucosa y lípidos. Además PRL regula estrechamente la producción local de factores de crecimiento en la mama, como EGF, IGF-1 e IGF-BPs. A pesar de ser tan importante la presencia de la PRL en la glándula mamaria, para el completo funcionamiento de la glándula se necesita además otras hormonas: estrógenos, progesterona, glucocorticoides, insulina, GH, hormonas tiroideas y paratiroideas, oxitocina, calcitonina y multitud de factores de crecimiento, entre los que destacan IGF-1 y EGF, producidos localmente.

Gónadas En ovárico la PRL es tan importante para el mantenimiento estructural y funcional del cuerpo lúteo y el de iniciar la secreción de progesterona, como para iniciar la luteolisis. Estas acciones opuestas dependen de la especie y de los ciclos reproductivos. En roedores la PRL actúa como una hormona luteotrópica después del apareamiento y como hormona luteolítica en ausencia del estímulo de apareamiento. La biosíntesis de progesterona es esencial para la implantación del óvulo, mantenimiento de la gestación e inhibición de la ovulación. En ausencia de PRL el esteroide dominante es 20-α-hidroxiprogesterona, cuya transformación en progesterona es catalizada por la enzima 20-α hidroxiesteroide dehidrogenasa (20-α . La PRL actúa por dos vías: potencia el efecto esteroidogénico de la LH en las

células de la granulosa y del cuerpo lúteo, y además inhibe la 20-α , incrementando los niveles de progesterona. En general, la PRL es esencial para la biosíntesis de progesterona y la hipertrofia del cuerpo lúteo durante la gestación. En rata la PRL también presenta un papel luteolítico, induciendo el programa de muerte celular por apoptosis en el cuerpo lúteo. El efecto luteolítico parece ser mediado por linfocitos CD3 que aumentan la expresión en la membrana del ligando Fas. En la rata existen tres generaciones de cuerpos lúteos, y la PRL parece llevar a cabo una labor de mantenimiento, degenerando los más viejos y manteniendo los nuevos. La explicación de este efecto dual es desconocida en la actualidad. En ratas machos interviene en el mantenimiento de la morfología celular del testículo, aumento del número de receptores de LH, en la esteroidogénesis y la androgénesis. Por último es sabido desde antiguo que PRL tiene potentes efectos inhibidores del eje gonadotropo, interfiriendo directamente en la regulación del eje hipotálamohipofisario. Una de las manifestaciones más visibles de los tumores hipofisarios productores de PRL (prolactinomas), es el síndrome galactorrea-amenorrea, que cursa con la supresión completa de los ciclos ováricos en la mujer e infertilidad en el hombre. Esto depende de la falta de secreción de LH y FSH, inducida por el aumento de los niveles de PRL que actúa de forma paracrina inhibiendo las células gonadotropas adenohipofisarias.

Comportamiento reproductivo La acción de la PRL sobre el comportamiento reproductivo no está bien definida. En el núcleo ventromedial del hipotálamo, que interviene en el comportamiento sexual se detectó la presencia del receptor de PRL (rPRLr). Sin embargo, cuando se estudió la acción de la PRL sobre el comportamiento sexual se describieron resultados contradictorios, así, en humanos y ratas altos niveles de PRL están asociados con reacciones de pseudogestación. Por el contrario en ratas macho anula la respuesta sexual.

Otras acciones Sistema inmune Hay abundantes datos sobre acciones puntuales de la PRL en diferentes tipos celulares de este sistema. La PRL aumenta el peso del bazo y del timo, aumenta la inmunidad celular e inhibe la apoptosis de linfocitos. Además potencia la acción de este sistema incrementando los niveles de diferentes receptores como, IL-2, EPO, y el suyo propio. Osmorregulación Una de las acciones más conocidas de la PRL es la regulación del transporte de solutos a través de membranas celulares. Así ocurre, por ejemplo, en las células epiteliales de la glándula mamaria, donde está implicada en el paso de K+, aminoácidos y otros solutos. PRL juega un papel importante es en el transporte de solutos en el amnios, donde es responsable del paso de agua. En el intestino delgado la PRL estimula el paso de Na+, Cl- y Ca+2 a través de las células epiteliales intestinales. Por último la PRL fue asociada como un factor patogénico en la fibrosis quística, donde existe una correlación entre PRL en sangre y Cl- en el sudor y las glándulas sudoríparas. Angiogénesis La acción de la PRL sobre la regulación de la angiogénesis la ha convertido en un objeto de estudio como potencial arma terapéutica contra la progresión de tumores. Mientras la PRL nativa, GH y lactógeno placentario tienen acciones angiogénicas, los fragmentos PRL-16K y PRL-14K son potentes anti-angiogénicos.

REGULACIÓN ENDOCRINA DE LA SECRECIÓN DE PROLACTINA La PRL es segregada episódicamente de forma pulsatilidad. Los pulsos aumentan en las primeras horas del sueño, especialmente durante la pubertad, se reducen en el sueño REM, y alcanzan mínimos niveles durante la vigilia. Los niveles de medios y

pulsatilidad de PRL aumentan mucho durante la gestación, por el efecto estimulante que provocan los estrógenos. La regulación de la secreción de PRL, ocurre según el esquema general de regulación de todas la hormonas hipo fizarías. Así, desde el hipotálamo se liberan señales estimuladoras/inhibidoras de la secreción de PRL, que es liberada al torrente sanguíneo de manera pulsátil desde la hipófisis. En términos generales el hipotálamo ejerce un control negativo (inhibitorio) sobre la secreción de PRL (figura 10.1).

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Figura 10.1. Regulación endocrina de la secreción de PRL

PRFs (Prolactin-Releasing Factors) TRH (Thyrotropin Releasing Hormone) La TRH deriva de una pre-pro-hormona de 255 aminoácidos que posee 5 copias del péptido. A partir del pre-pro-TRH se genera TRH-Gly, precursor inmediato del TRH por acción del enzima peptidil-glicina-α aminomonoxigenasa (PAM). Además, se ha demostrado la presencia en la hipófisis de un péptido de 10 aa derivado del pre-proTRH llamado Ps4 (pre-pro-TRH 160-169), así como su receptor en las células folículo estrelladas. Este Ps4 es capaz de potenciar el efecto del TRH sobre la secreción de TSH. El TRH estimula la secreción hipofisaria de TSH y también PRL. Hasta la fecha este es el único factor que puede ser considerado como un verdadero PRF. Es producido en el núcleo paraventricular (NPV) desde donde salen axones hacia la eminencia media y una vez segregado llega hasta las células lactotropas en la adenohipófisis por los vasos portales largos. Sin embargo, en la rata tras la administración de un antisuero anti-TRH junto a extractos hipotalámicos la secreción de PRL solo se atenúa débilmente, lo cual sugiere que no es el único PRF. El TRH también interviene en la diferenciación de las células tirotropas, gonadotropas y lactotropas. La acción del TRH es modulada por factores autocrinos y paracrinos de la hipófisis (figura 10.2), ya que para la activación completa inducida por TRH se necesita de la fosforilación del receptor de EGF (EGF-R). Por otro lado, la sustancia P modula la acción del TRH de modo paracrino, y disminuye la secreción de PRL ejercida por el TRH. El TRH incrementa la secreción de PRL también de un modo indirecto,

estimulando la secreción de VIP en la neurohipófisis que a su vez estimula la liberación de PRL.

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+&9 &9* &9* Figura 10.2. Regulación paracrina de la célula lactotropa

Péptido liberador de prolactina (PrRP) Es un péptido aislado recientemente de extractos hipotalámicos bovinos, que ejerce como ligando de un receptor huérfano acoplado a proteínas G, denominado hGR3 en humanos y UHR en rata. El gen de PrRP, recientemente clonado ( 2Kb), tiene 2 exones y 1 intrón, y su promotor contiene lugares de unión para Pit-1, AP-1 y Sp1. El péptido PrRP deriva del pre-pro-PrRP (98 aa) y se presenta en dos isoformas de 31 aa (PrRP31) y 20 aa (PrRP-20), con similar actividad biológica. El PrRP está ampliamente distribuido en cerebro, en los núcleos hipotalámicos paraventricular (NPV), parte caudal del dorsomedial (NDM) y supraóptico (NSO), en el núcleo amigdaloide basolateral y en diferentes núcleos talámicos, además de en la neurohipófisis, adenohipófisis, médula adrenal y decidua. Estudios de hibridación in situ ha permitido detectar abundante expresión del receptor de PrRP en el núcleo talámico reticular, NPV y NDM, núcleo del tracto solitario, área postrema, adenohipófisis, intestino y médula adrenal. El PrRP estimula la secreción de PRL in vitro, tanto en cultivos primarios como en líneas celulares y cultivos en perfusión; y también in vivo. Sus efectos presentan dimorfismo sexual, y en la rata macho se necesitan dosis 10 veces mayores que en las hembras. Sin embargo, algunos autores postulan que el PrRP no estimula la secreción de PRL in vivo, ni en ratas hembra ni en machos. PrRP parece tener funciones adicionales más importantes en el SNC. Se ha publicado la existencia de sinapsis entre neuronas PrRP y neuronas de oxitocina en los núcleos hipotalámicos NPV y NSO, que incrementan los niveles plasmáticos de oxitocina y vasopresina. Ambas hormonas neurohipofisarias pueden intervenir en la regulación de prolactina en determinadas situaciones (deshidratación, lactancia, etc.) PrRP también estimula la secreción de LH y FSH. Lo que hace indirectamente mediante la activación de neuronas LHRHérgicas del hipotálamo. PrRP parece intervenir en la modulación de pico preovulatorio de LH y PRL: la inactivación de PrRP

por un antisuero atenúa los picos de PRL y LH, cuya amplitud se recupera por la administración exógena de PrRP vía i.c.v. Por otra parte PrRP interviene en las respuestas de estrés, pues neuronas PrRP hacen sinapsis con neuronas CRH en el NPV, y así la administración i.c.v. de PrRP incrementa los niveles plasmáticos de ACTH. Sus acciones sobre el eje corticoadrenal podrían ser más amplias puesto que en feocromocitomas se detectan niveles muy altos de PrRP, lo que sugiere un papel en el desarrollo de tumores adrenales. Finalmente, PrRP interviene en el control de la ingesta de alimentos por el hipotálamo, con efecto inhibitorio. Se ha descrito que las neuronas PrRP hipotalámicas podrían modular la acción de la leptina o activar señales de saciedad mediadas por colecistoquinina en el hipotálamo. Oxitocina La oxitocina es sintetizada en los núcleos NPV y NSO del hipotálamo y segregada en la neurohipófisis. Es sabido que la oxitocina es capaz de estimular la liberación de PRL, pero con una potencia menor que el TRH. Aunque no hay pruebas de que ejerza un papel como PRF, y de hecho solo adquiere relevancia como hipotético PRF en el final de la gestación. En contraposición otros autores postulan que la administración de oxitocina activa las neuronas TIDA, inhibiendo la secreción de dopamina. Familia secretinas/VIP Varios miembros de esta familia, como el péptido intestinal vasoactivo (VIP), péptido histidina-isoleucina (PHI), polipéptido activador de la adenilato ciclasa hipofisaria (PACAP), tienen propiedades estimulantes de PRL. El VIP identificado inicialmente en el intestino delgado, y más tarde en el hipotálamo y en la adenohipófisis es capaz de estimular la secreción de PRL in vivo e in vitro, directamente a través de receptores de membrana localizados en la célula lactotropa. Se le ha descrito como regulador paracrino de la secreción de PRL y se postuló que las acciones del TRH, IGF-I y parcialmente de la dopamina sobre la secreción de PRL, son mediadas por VIP. El PHI se co-segrega con el VIP, ya que parten de un precursor común, y al igual que este estimula la secreción de PRL in vivo e in vitro, pero su contribución como PRF parece discreta. Por último, el PACAP es un péptido hipotalámico similar al VIP que presenta dos isoformas, PACAP-27 y PACAP-38. PACAP-38 tiene propiedades reguladoras de la secreción hipofisaria, y estimula la secreción de GH, PRL, ACTH y LH. Angiotensina II La angiotensina II es un octapéptido que forma parte del sistema renina-angiotensina, producido en cerebro, hipófisis, corazón, endotelio vascular, ovario y glándula adrenal. Numerosos datos apoyan que la angiotensina II contribuye a la regulación de la secreción de PRL, tanto a nivel hipotalámico como a nivel hipofisario. Parece ser un buen candidato como PRF, ya que es más específico que el TRH, ya que no tiene ninguna otra acción sobre hormonas hipofisarias, é in vitro es más potente. La AII es producida por neuronas hipotalámicas y por las gonadotropas de la hipófisis. AII podría regular la secreción de PRL de dos modos: directo, sobre los receptores localizados en la célula lactotropa, y de modo indirecto, aumentan la secreción de LHRH hipotalámica. Sin embargo, a nivel hipotalámico la AII también facilita la liberación de dopamina, inhibiendo la secreción de PRL.

PIFs (Prolactin-Inhibiting Factors)

Dopamina La dopamina es un neurotransmisor catecolaminérgico, producido en todo el SNC. Es el principal regulador de la secreción de PRL, con efecto inhibitorio. En el hipotálamo hay tres poblaciones de neuronas dopaminérgicas. La vía más importante la forman las neuronas dopaminérgicas tuberoinfundibulares (TIDA), que provienen del núcleo arcuato y proyectan a la zona externa de la eminencia media. Su secreción llega a la adenohipófisis por los vasos portales largos. En segundo lugar, las neuronas dopaminérgicas tuberohipofisarias (THDA), que provienen del núcleo arcuato rostral, proyectan la neurohipófisis y lóbulo intermedio, y sus secreciones llegan a la adenohipófisis por los vasos portales cortos. Por último, tenemos las neuronas dopaminérgicas paraventriculares hipofisarias (PHDA), que provienen del núcleo NPV y proyectan al lóbulo intermedio. De estas tres vías, la más importante y por tanto

encargada de la regulación dopaminérgica principal de la célula lactotropa, es la de las neuronas TIDA. Estas tres vías se regulan de forma diferente. Así, las neuronas TIDA presentan un dimorfismo sexual muy claro. En las ratas hembra tienen una actividad mucho mayor que en los machos, posiblemente debido a la acción de esteroides ováricos y opioides endógenos. Por el contrario, la actividad de las neuronas THDA y PHDA se regulan independientemente de los esteroides gonadales, sin presentar diferencias de actividad entre machos y hembras. Las neuronas TIDA y THDA, pero no las PHDA, regulan la secreción de PRL inducida por el estímulo de succión del lactante sobre la glándula mamaria. Las neuronas PHDA son las encargadas de la inhibición de la secreción de PRL inducida por la deshidratación. Aunque la dopamina es el principal factor inhibidor de la secreción de PRL, el bloqueó de la síntesis de dopamina por inhibición del enzima tirosina hidroxilasa (enzima limitante en la síntesis de dopamina) indica que la dopamina es la responsable de las 2/3 partes de la acción inhibitoria sobre PRL ejercida por el hipotálamo, y sus efectos son completados por el GABA y la somatostatina. La acción inhibitoria de la DA se realiza a través de los receptores D2 de la membrana de las células lactotropas, cuya activación inhibe adenilato ciclasa y el metabolismo de inositoles fosfato. El receptor D2 modifica, además, cinco tipos de canales iónicos que activan corrientes de potasio é inducen la hiperpolarización de la célula. En ratones knock out para el receptor D2, la falta crónica del tono inhibitorio dopaminérgico indujo el desarrollo de neoplasia de células lactotropas (Asa S.L. y colbs. 1999), lo que permitió demostrar la importancia de este sistema. Sin embargo los efectos de DA sobre la secreción de PRL son complejos, ya que dosis bajas de DA (10-10–10-12 M) pueden estimular la secreción de PRL; mientras que concentraciones altas (10-7M) inducen una rápida inhibición. La activación de la secreción de PRL por dopamina parece involucrar al receptor D1, funcionalmente acoplado a proteínas Gs que provocan la apertura de canales de calcio dependientes de voltaje, lo que aumenta el calcio intracelular y facilitan la exocitosis de PRL. GABA El GABA es responsable de la actividad PIF no dopaminérgica, detectada en el hipotálamo. La principal función fisiológica de las neuronas GABAérgicas, es la regulación negativa de la secreción de PRL, que se ejerce en situaciones específicas para prevenir la liberación exagerada de PRL, como por ejemplo en la lactancia. En cultivos en perfusión, el GABA inhibe de modo dosis-dependiente la secreción de PRL, pero en cultivos primarios estáticos, el GABA y sus agonistas tienen una actividad muy baja. GAP (GnRH associated peptide) El GAP es un péptido que proviene del precursor del GnRH y co-localiza en las neuronas hipotalámicas, junto a GnRH con el se co-segrega. El GAP inhibe la secreción de PRL, y se postula como un posible PIF. La principal función del GAP es la de actuar como un mediador entre los ejes gonadotropo y lactotropo. Cuando se incrementa la producción de GnRH para estimular la secreción de LH y FSH, aumenta en paralelo la producción de GAP, inhibiendo la secreción de PRL. PRL inhibe de manera muy potente la secreción de gonadotropinas, especialmente LH. Por lo que el sistema endocrino se asegura por este medio que el estimulo para la secreción de gonadotropinas cuando es necesaria no se ve frenado por unos niveles de PRL elevados. Estrógenos Los estrógenos son uno de los factores ováricos implicados en la regulación de la secreción de PRL. Actúan sobre la hipófisis de un modo directo, sobre la célula lactotropa controlando la expresión del gen de PRL o modificando la sensibilidad hipofisaria a factores estimuladores e inhibidores, pero también indirectamente regulando la actividad de neuronas hipotalámicas implicadas en el control de la secreción de PRL. En la hipófisis, los estrógenos actúan a través de los receptores de estrógenos (ER) y de los receptores truncados denominados TERPs. De estos receptores existen varias isoformas, dos para los ER: ER-α y ER-β y otros dos para los TERPs: TERP-1 y TERP-

2. La expresión de estos receptores es variable en la hipófisis. Ambos receptores se coexpresan sólo en el 6-10% de las células adenohipofisarias. Los estrógenos son fundamentales para mantener la trascripción del gen de PRL, cuyo promotor posee dos lugares específicos de unión de estrógenos (ERE). Además se han implicado en la diferenciación de las células lactotropas y en el desarrollo de tumores hipofisarios. La hipófisis es una glándula muy sensible a estrógenos y los niveles altos y crónicos inducen la proliferación de lactotropas, con la consiguiente hiperplasia y progresión a adenoma. Está ampliamente descrito que la administración exógena de estrógenos induce prolactinomas, estimulando la proliferación de las células lactotropas, e inhibiendo el sistema dopaminérgico. En estudios realizados en tumores hipofisarios humanos, se observan niveles muy elevados de ER en adenomas de lactotropas y gonadotropas, mientras que en adenomas de somatotropas, corticotropas y tirotropas hay niveles normales. La formación de tumores hipofisarios estrógeno-dependientes depende de la activación de un nuevo oncogen, el pttg (Pituitary Tumor Transforming Gene, Shimon I, et al. 1996). Los estrógenos estimulan la producción local de FGF-2, que a su vez induce la expresión de pttg. Por otro lado, los estrógenos activan la producción de IGF-I y TGF-α que contribuyen al desarrollo del prolactinoma y a unos elevados niveles de PRL en plasma. Hormonas tiroideas Las hormonas tiroideas son reguladores de la secreción hipofisarias de PRL, efecto que realizan por dos vías: directamente modulando la secreción de TRH; y a nivel génico son imprescindibles para la activación del gen de PRL y GH. BIBLIOGRAFÍA Asa SL, Kovacs K, Melmed S 2002 The Pituitary (2nd) ed. Blackwell Publishing. Ben-Jonathan N, Hnasko R 2001 Dopamine as a prolactin (PRL) inhibitor. Endocrine Rev 22: 724. Freeman ME, Kanyicska B, Lerant A, Nagy G 2000 Prolactin: structure, function and regulation of secretion. Endocrine Rev 80:1523. Gospodarowicz D, Ferrara N, Schweigerer L, Neufels G 1987 Structural characterization and biological functions of fibroblast growth factor. Endocrine Rev 8:95. Grosvenor CE, Picciano MF, Baumrucker CR 1992 Hormones and growth factors in milk. Endocrine Rev 14:710. Hinuma S, et al. 1998 A prolactin releasing peptide in the brain. Nature 393:272. Horseman ND, et al. 1997. Defective mammopoiesis, but normal hematopoyesis, in mice with a targeted disruption of the prolactin gene. EMBO Journal 16:6926. Mallo F, Wilson E, Whorwood CB, Singh S, Sheppard MC 1995 Basic and acidic fibroblast growth factor increase prolactin mRNA in a dose dependent and specific manner in GH3 cells. Mol. Cel. Endocrinol 114:117. Sherwood NM, Lovejoy DA, Coe IR 1993 Origin of mammalian gonadotropin-releasing hormones. Endocrine Rev 14:241. Shimon I, Hüttner A, Said J, Spirina OM, Melmed S 1996 Heparin-binding secretory transforming gene (hst) facilitates rat lactotrope cell tumorigenesis and induces prolactin gene transcription. J.Clin.Invest 97:187. Sinha YN 1995 Structural variants of prolactin: occurrence and physiological significance. Endocrine Rev 16:354. Spuch C, Díz-Chaves Y, Pérez-Tilve D, Mallo F 2005 Fibroblast growth factor-2 and epidermal growth factor modulate prolactin responses to TRH and dopamine in primary cultures. Endocrine. En prensa.

CAPÍTULO 11

E J E H IP O T Á L A M O -H IP Ó F IS O -T E S T IC U L A R (

)

En los animales dotados de reproducción sexual, la transmisión genética requiere la fusión previa de la información complementaria de dos gametos diferentes. Ello requiere la diferenciación previa de los órganos reproductores de ambos sexos y ésta, a su vez, se produce sí y solo sí se establece un ambiente hormonal adecuado desde el momento mismo de la concepción de ambos progenitores. El eje hipotálamo-hipófisogonadal (HHG) es el responsable, tanto en el macho como en la hembra, del control final de todos los aspectos del proceso reproductor. Ejercerá para ello dos funciones primordiales: esteroidogénesis (síntesis de las hormonas esteroideas responsables de la diferenciación y la maduración sexuales) y gametogénesis (generación de los gametos correspondientes a cada uno de los sexos). La organización funcional de este eje es similar en ambos sexos (figuras 11.1 y 11.2), aunque existen, como veremos, algunos aspectos que difieren de forma importante. El control primario del eje es ejercido por un decapéptido, el factor liberador de gonadotropinas (GnRH), producido por un grupo específico de neuronas hipotalámicas, localizadas principalmente a nivel del núcleo arcuato, y liberado a la circulación portal hipotálamo-hipofisaria. Su vida media es breve (45 puntos diagnóstica de tormenta tiroidea, entre 25-44 puntos sugestiva e inferior a los 25 puntos, poco probable

Temp. (ºC)

Ptos

Cardiovascular (pulsaciones)

Ptos

Neurológicas

Ptos

Insuf. cardiaca

Ptos

Digestivas

Ptos

Factores precipitantes

Ptos

35-35,9

5

99-109

5

Leve (agitación)

10

Leve (edema maleolar)

5

Moderado (diarrea, vómitos, dolor abdominal)

10

negativo

0

36-36,9

10

110-119

10

Moderado (delirio, psicosis letárgica)

20

Moderada (estertores basales)

10

Severa (ictericia inexplicable)

20

positivo

10

37-37,9

15

120-129

15

Severo (convulsiones, coma)

30

Severa (edema pulmonar)

15

38-38,9

20

130-139

20

Fibrilación auricular

10

39-39,9

25

> 140

25

>40

30

Paciente

Edad (años)

Sexo

Tipo1

P.F.2

D.C.3

I.G.

APACHE II

F-T4 (mmol/L) TSH (mU/mL)

Dosis L-T4

Evol.

1

84

V

Primario

Infección urinaria

Obnubil.

13

18

0,46

51,3

Alta

Vivo

2

75

M

Secund.

Neumonía sepsis

Coma

4

32

0,25

0,4

Alta

Muerto

3

70

M

Primario

Cirugía abdom.

Coma

3

29

0,18

71

Baja

Muerto

4

65

M

Secund.

Infección urinaria

Obnubil

8

17

0,23

2,5

Alta

Vivo

5

20

M

Primario

Fiebre tifoidea

Obnubil

14

14

0,28

76

Baja

Vivo

6

81

M

Primario

ileo

Coma

8

34

0,17

28

Baja

Muerto

7

63

M

Primario

Infección urinaria

Obnubil

13

18

0,15

38

Alta

Vivo

8

83

M

Primario

Infección urinaria

Coma

9

20

0,15

60,6

Alta

Vivo

9

79

M

Primario

Infección respirat.

Obnubil

13

19

0,15

153

Baja

Vivo

10

47

M

Secund.

Infección urinaria

Obnubil

13

20

0,37

9,8

Alta

Vivo

11

82

M

Primario

neumonía

Obnubil

6

31

0,50

78,2

Baja

Muerto

Tabla 24.2. (página anterior). Características clínicas y analíticas de pacientes con coma mixedematoso. 1: tipo de hipotiroidismo; 2: factores precipitantes; 3: grado de alteración de la conciencia al ingreso. I.G.: Indice de Glasgow. Modificado de Rodríguez, et al. 2004.

Tratamiento Debe tratarse en Unidades de Cuidados Intensivos. Medidas generales Ffluidoterapia, ventilación mecánica si es preciso y tratamiento de la hipotermia. Medidas específicas Tiroxina (dosis inicial de 500 µg iv seguida de 100 µg diariamente). Cuando el paciente pueda tomar alimentos por boca se cambiará la vía a la oral. Algunos clínicos asocian triodotironina a dosis de 5-20 µg cada 8 horas, en nuestra experiencia no es necesario añadir este producto. Glucocorticoides (hidrocortisona 100 mg cada 8 horas) hasta que se excluya la posiblidad de la existencia de insuficiencia suprarrenal asociada al hipotiroidismo. Antibióticos de amplio espectro previa toma de muestras para cultivos (hemocutivos, urocultivos, esputos, etc.).

Mortalidad Ha mejorado en la últimas dos décadas gracias a los adelantos principalmente en las UCI, en nuestra experiencia es del 36.4%. Factores asociados a la mortalidad del coma mixedematoso: En general se aceptaba que la edad y la forma del tratamiento sustitutivo condicionaban el pronóstico de estos pacientes. En un estudio reciente de nuestro grupo que representa la serie mas grande de pacientes con esta patología atendidas en una sola institución, concluimos que era el estado de nivel de conciencia, la puntuación en las escalas de Glasgow y APACHE II son los factores a los que se asociaba la mortalidad de estos pacientes. BIBLIOGRAFIA Abe K, Tayuchi T, Okuno A, Matsura N, Tabebayashi K, Sasaki H 1978 Recurrent acute suppurative thyroiditis. Am J Dis Child 132:990. Baeza A, Aguaya J, Barria M, Pineda G 1991 Rapid preoperative preparation in hyperthyrooidism. Clin Endocrinol 35:439. Burch HB, Wartofsky L 1993 Life-threatening thyrotoxicosis. Thyrotoxic storm. Endocrinol Metab Clin North Am 22:263. Galofré JC, García-Mayor RV 1997 Densidad de incidencia del como mixedematoso. Endocrinología 44:103. Hazard JB 1955 Thyroiditis a review. Am J Clin Pathol 25:289. Hintze G, Lepsien G, Becker HD. Köbberling J 1985 Subtotale schilddrüsenresektion bei chwerer, josinduzierter hyperthyreose. Chirurg 56:594. Hylander B, Rosenquist U 1985 Treatment of myxoedema coma, factors associated with fatal outcome. Acta Endocrinol 10:65. Jiang Y-Z, Hutchinson KA, Bartelloni P, Manthous CA 2000 Thyrotoxic storm presenting as multiple organ dysfunction syndrome. Chest 118:877. Köbberling J, Hintze G 1983 Spezielle probleme der hyperthyreose bei alten und schwerkranken patienten Internist 24:453. Köbberling J Hintze G, Becker HD 1985 Iodine-induced thyroitoxicosis: a case for subtotal thyroidectomy in severely ill patients. Klin Wochenschrift 63:1. Reichmann I, Frilling A, Hörmann R, Krause U, Broelch CE 2001 Frühoperation als behandlungsmaβnahme der thyrotoxischen krise. Chirurg 72:402. Rodríguez I, Fluiters E, Pérez Méndez LF, Luna R, Páramo C, García-Mayor RV 2004 Factors associated with mortality of patients with myxoedema coma: prospective study in eleven cases treated in a single institution. J Endocrinol 180:347. Scholz GH, et al 2003 Is there a place for thyroidectomy in older patients with thyrotoxic storm and cardiorespiratory failure? Thyroid 13:933. Weber C, Scholtz GH, Lamesch P, Paschke R 1999 Thyroidectomy in iodine induced thyrotoxic storm. Exp Clin Endocrinol Diabetes 107:468.

PARTE V

SUPRARRENALES

CAPÍTULO 25

R E G U L A C IÓ N D E L E J E H IP O T Á L A M O H IP Ó F IS IS -S U P R A R R E N A L E S

El eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenales es uno de los componentes del sistema de respuesta al estrés, en el que las glándulas suprarrenales desempeñan un papel fundamental. La regulación de la respuesta suprarrenal al estrés está regulada por dos tipos de mecanismos: neurales y humorales (endocrinos). La regulación neural depende principalmente del sistema nervioso simpático que estimula la liberación de catecolaminas por parte de las células de la médula suprarrenal. La regulación humoral depende principalmente de la ACTH hipofisaria que estimula la síntesis y liberación de glucocorticoides por parte de las células de la corteza suprarrenal y, en menor medida, de la angiotensina II que incrementa la liberación de mineralocorticoides.

SÍNTESIS DE ACTH La hormona corticoestimulante u hormona adrenocorticotropa o corticotropina (ACTH, adrenocorticotropic hormone) es un péptido de 39 aminoácidos que pertenece a la familia de péptidos hipofisarios derivados de la pro-opiomelancortina (POMC). En humanos, el gen que codifica la POMC tiene una longitud de 8 kb, se localiza en el cromosoma 2 y está constituido por 3 exones, separados por 2 intrones. El exón 1 codifica una región 5’ no traducida, el exón 2 codifica el péptido señal y el extremo Nterminal de la molécula de POMC, y el exón 3 codifica la práctica totalidad de la POMC (figura 25.1). El gen de la POMC se expresa principalmente en las células corticotropas de la adenohipófisis, que representan, aproximadamente, el 20% de las células adenohipofisarias. La POMC es una proteína de 241 aminoácidos que, una vez sintetizada, es sometida a un procesamiento proteolítico que consiste en la escisión de la molécula por acción de una convertasa denominada PC1 (prohormone convertase 1). La PC1 es una endopeptidasa perteneciente a la familia de la subtilisina-kexina, que presenta capacidad de actuar sobre sitios dibásicos. Los principales productos originados por el procesamiento de la POMC en las células del lóbulo anterior de la hipófisis son la ACTH, la pro-γ-MSH (pro-γ melanocyte-stimulating hormone), la βlipotropina (β-LPH) y la β-endorfina (figura 25.2). Este procesamiento de la POMC se produce de forma secuencial, y comienza con separación de la β-LPH y la pro-ACTH.

Posteriormente se produce la rotura de la molécula de pro-ACTH, dando lugar a la formación de 3 productos: la pro-γ-MSH, el péptido de unión o JP (joining peptide) y la ACTH madura. La ACTH es el único producto resultante del procesamiento de la POMC en el lóbulo anterior cuya importancia fisiológica está claramente establecida. La ACTH actúa sobre la glándula adrenal, estimulando la síntesis hormonal (fundamentalmente de glucocorticoides) y el desarrollo de la corteza adrenal. La ACTH ejerce sus acciones tras unirse al receptor MC2 (melanocortina 2) que pertenece a la familia de receptores acoplados a proteínas Gs (véase capítulo 3). La MSH regula la dispersión de la melanina en la piel de algunos vertebrados inferiores, pero este efecto carece de importancia en humanos. Tampoco parece importante el efecto de la β-LPH en nuestra especie, pese a su capacidad de movilizar lípidos en otros vertebrados.

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P8 Figura 25.1. Estructura del gen de la POMC

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L

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Figura 25.2. Procesamiento de la POMC en el lóbulo anterior de la hipófisis

En aquellas especies en las que existe un desarrollo apreciable del lóbulo intermedio, tanto la β-LPH como la ACTH son escindidas por acción de una segunda convertasa (denominada PC2). Como consecuencia de la acción de esta convertasa, la

β-LPH da lugar a la formación de γ-LPH y β-endorfina, mientras que el procesamiento de la ACTH origina α-MSH y CLIP (corticotropin-like intermediate lobe peptide). Dado que en humanos el lóbulo intermedio no se encuentra desarrollado se considera que la formación de estos productos carece de importancia fisiológica en nuestra especie. Además de la adenohipófisis, el gen de la POMC se expresa en múltiples tejidos como cerebro, hígado, riñón, gónadas o placenta. Habitualmente, en estos tejidos la POMC se traduce a partir de un mRNA diferente al hipofisario que se forma por la utilización de un lugar alternativo de inicio de la transcripcion. El mRNA originado en este caso es más pequeño debido a la ausencia de las regiones codificadas por los exones 1, 2 e inicio del exón 3. La importancia funcional de los péptidos derivados de POMC originados en estos tejidos se desconoce, con excepción del hipotálamo en el que la MSH desempeña un papel fundamental en el control de la ingesta (véase capítulo 33).

REGULACIÓN DE LA SECRECIÓN DE ACTH La secreción de ACTH está regulada por el hipotálamo a través de dos factores hipofisotrópicos: la hormona liberadora de corticotropina (CRH) y la hormona antidiurética (ADH) (véase capítulo 9). La CRH producida por las neuronas parvocelulares del núcleo paraventricular y liberada en la eminencia media, es el principal estímulo para la secreción de ACTH. Mediante la generación de ratones knockout para el gen de la CRH se ha podido comprobar que en ausencia de este factor, tanto la síntesis de POMC como la secreción basal de ACTH se mantienen, pero las corticotropas son incapaces de incrementar la liberación de ACTH en respuesta a estímulos. La liberación de CRH es inducida por múltiples factores, siendo uno de los más importantes el estrés. Diversos tipos de estrés, tanto físico (hemorragia, hipoglucemia, ayuno, infecciones, ejercicio intenso) como psíquico (miedo, ansiedad) son capaces de estimular la liberación de CRH. La ADH es un secretagogo auxiliar, siendo su principal papel potenciar la respuesta a la CRH. Este efecto es importante para aumentar la liberación de ACTH inducida por el estrés. Las neuronas productoras de ADH que intervienen en la regulación de la secreción de ACTH se localizan en el núcleo paraventricular del hipotálamo y se caracterizan por coexpresar CRH y ADH, de forma que ambos factores se liberan conjuntamente en la eminencia media. Las señales inhibitorias para la secreción de ACTH dependen, principalmente, de los glucocorticoides producidos en la corteza suprarrenal. Los glucocorticoides actúan tanto sobre la hipófisis como sobre el hipotálamo (figura 25.3). En el primer caso, inhiben la transcripción del gen de la POMC y la liberación de ACTH. Sobre el hipotálamo, los glucocorticoides actúan inhibiendo la síntesis y la liberación de CRH y de ADH. En algunas especies se ha propuesto la existencia de un factor hipotalámico capaz de inhibir la secreción de ACTH. Sin embargo, no existen datos que sugieran la existencia de dicho mecanismo de regulación en humanos. La secreción de ACTH se caracteriza por presentar un marcado ritmo circadiano alcanzándose los niveles máximos de secreción en humanos a primeras horas de la mañana (en torno a las 06:00), y las tasas más bajas a última hora de la tarde. Este ritmo circadiano está claramente influenciado por el patrón luz-oscuridad y parece depender de diferencias en la sensibilidad de la CRH a la acción inhibitoria de los glucocorticoides. A primeras horas de la mañana la sensibilidad de la CRH a los glucocorticoides es mínima, por lo que los niveles de secreción de CRH aumentan, lo que ocasiona una respuesta de ACTH y cortisol. A lo largo del día, la sensibilidad de la CRH a los glucocorticoides va aumentando, con lo que la secreción de CRH disminuye progresivamente hasta alcanzar su mínimo. La regulación del eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenales depende también en gran medida de la acción de ciertas citoquinas producidas por células del sistema inmune. Las principales citoquinas implicadas en la regulación del eje son las interleuquinas 1, 2 y 6 y el TNFα (tumor necrosis factor α). Todas ellas actúan sobre el hipotálamo estimulando la liberación de CRH, y sobre la hipófisis, incrementando la liberación de ACTH. Como consecuencia del aumento de la secreción de ACTH se producirá un

incremento de los niveles circulantes de glucocorticoides que, a su vez, inhibirán la producción de citoquinas, estableciéndose un circuito de regulación entre los sistemas endocrino e inmune.

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BIBLIOGRAFÍA

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CAPÍTULO 26

F IS IO L O G ÍA D E L A C O R T E Z A SUPRERRENAL

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Las suprarrenales son un órgano par, que funcionalmente presentan tres tipos de tejido bajo diferente control: el córtex externo que segrega aldosterona, siendo regulado por el eje renina-angiotensina; el córtex interno regulado por el eje CRHACTH que segrega cortisol y esteroides sexuales; y la médula adrenal que es una parte del sistema nervioso simpático y produce catecolaminas.

HISTORIA La anatomía de las glándulas adrenales fue descrita en el siglo XVI por Eustachius. En 1855 Thomas Addison describe las características clínicas y los hallazgos necrópsicos que presentan los pacientes con insuficiencia adrenal. Posteriormente se demostró que eran órganos indispensables para la vida (Brown-Sequard 1856). William Osler administró por primera vez extractos de suprarrenal a pacientes con enfermedad de Addisosn en 1896. En 1912 Harvey Cushing describe el cuadro clínico producido por la hipersecreción de corticoides que lleva su nombre. Años después se aislaron las hormonas adrenales y el factor hipofisario que estimula su formación (ACTH). Jerome Conn describió en 1956 el hiperaldosteronismo primario, y posteriormente se descubrió que el eje renina-angiotensina II regulaba la secreción de aldosterona.

EMBRIOLOGÍA La corteza adrenal procede del mesodermo, tiene un origen común con las gónadas, desarrollándose a partir del tejido mesenquimal adyacente al epitelio celómico que se encuentra cerca del ribete urogenital. A los dos meses de gestación ya es reconocible, siendo en este momento invadido por células neuroectodérmicas que formarán la médula adrenal.

ANATOMÍA El peso de las glándulas en la edad adulta es de aproximadamente 4 gr., aunque pueden llegar a los 22 gr en los cuadros de estrés que acompañan a las enfermedades terminales. Tienen una estructura piramidal con 2 a 3 cm. de ancho, 4 a 6 cm de largo y 1 cm de grosor. Una cápsula fibrosa las recubre externamente, envuelta en tejido graso. Se pueden observar nódulos en un 3% de los adultos normales, y hasta

un 65% pueden presentar micronódulos que podrían ser variantes del tejido normal. También puede encontrarse tejido adrenal ectópico en diferentes zonas como el plexo celíaco, bazo, hígado, ovarios, escroto, vesícula biliar o cráneo. Una rica vascularización procedente de múltiples arterias regionales, aorta, frénica inferior, renal, intercostal, ovárica o espermática, forman un plexo arteriolar subcapsular que irriga la corteza adrenal. En los humanos una vena central rodeada por una capa de células corticales y bandas de células musculares lisas puede ser contraída para acelerar el flujo sanguíneo tras la exposición de las células corticales a la ACTH o de las medulares al cortisol. La vena adrenal derecha es más corta y drena directamente a la vena cava inferior, mientras que la izquierda, más larga, lo hace a la vena renal izquierda. La división del córtex adrenal en tres zonas concéntricas se basó inicialmente en las diferencias existentes en los tejidos vasculares y conectivos. La zona glomerulosa constituye el 15% de la glándula, y está formada por células pequeñas, con citoplasmas con una cantidad intermedia de inclusiones lipídicas, núcleos con cromatina más densa que las otras zonas y un ratio citoplasma-núcleo bajo. La zona fasciculada constituye el 75% del córtex y presenta células grandes con citoplasmas vacuolados con múltiples inclusiones de lípidos, apareciendo un ratio citoplasmanúcleo alto. La zona reticular esta marcadamente definida y presenta células con ratio citoplasma-núcleo intermedio, citoplasma denso, bajo contenido en lípidos y numerosos gránulos de lipofuscina.

CRECIMIENTO Y REGENERACIÓN Los factores que regulan el crecimiento de la glándula durante la vida fetal y la mantienen durante la vida adulta, además de la ACTH, son poco conocidos. El SF-1 (steroidogenic factor-1) es un factor de transcripción que regula la expresión de los genes del receptor de ACTH, el SR-B1 (scavanger receptor, class B, type 1) que transfiere HDL-colesterol a las células y todas las enzimas esteroidogénicas CYP (citocromo P450). Las glándulas adrenales se desarrollan normalmente durante las primeras 15 semanas en fetos anencefálicos por lo que sería independiente de la ACTH, aunque posteriormente sería esencial para su crecimiento y maduración. El papel de la ACTH placentaria, si hubiese alguno, es desconocido, y no hay constancia de que otros factores placentarios participen en el proceso. El efecto de la ACTH podría estar mediado por el IGF-II y sus receptores en las células córticoadrenales. Probablemente también algún otro péptido derivado de la proopiomelanocortina como el POMC(1-52), así como el GIP (polipéptido inhibidor gástrico), la inhibina, el factor de crecimiento epidérmico, el factor de crecimiento de los fibroblastos, y el IGF-I estarían implicados. Para mantener el tamaño y la función de la glándula se produce una división celular en la zona glomerulosa, una migración centrípeta y diferenciación en la zona fascicular y una degeneración y muerte celular en la zona reticular. Entre la glomerulosa y la fascicular existe una zona intermedia compuesta por células que no contienen ni CYP11B1 ni CYP11B2, enzimas de la cadena esteroidogénica, por lo que no podrían sintetizar ni cortisol ni aldosterona. Estas células serían las progenitoras de las células de la glomerulosa y de la fascicular.

BIOSÍNTESIS DE ESTEROIDES El sustrato común a partir del que se producen las diferentes hormonas es el colesterol, el cuál puede ser fabricado en las propias células a partir del acetil-CoA o ser captado del plasma en forma de LDL-colesterol mediante un proceso de endocitosis, formándose lisosomas. En humanos se cree que la mayor parte de del colesterol que se utiliza en las células adrenales para formar esteroides procede del LDL-colesterol, para el cual existe un receptor en la superficie celular. El número de receptores LDL aumenta con la ACTH, y disminuye al aumentar la cantidad de colesterol libre en el interior celular. También se puede extraer del HDL-colesterol circulante, para el que existe un receptor específico conocido como SR-B1 en ratones y CLA-1 en humanos, que lo transfiere al interior de la célula mediante un proceso distinto de la endocitosis.

El colesterol está almacenado en forma de ésteres en el interior de las células, siendo hidrolizado para formar colesterol libre e iniciar la formación de esteroides. Una serie de enzimas realiza los diferentes pasos, la mayor parte de ellas pertenecen a la familia de citocromos P450, que transfieren electrones a partir del NADPH. A continuación se van describiendo las enzimas con su denominación común, la previa y la actual genética:

Colesterol esterasa Hidroliza los esteres de colesterol preferentemente en los microsomas.

formando

colesterol

libre.

Se

encuentra

StAR (steroid acute regulatory protein) Se trata de una proteína que introduce el colesterol en la mitocondria. Se codifica en un gen que se encuentra en el cromosoma 8p11.2

Colesterol desmolasa (P450scc) (CYP11A1) Enzima mitocondrial que escinde la cadena lateral del colesterol en la posición C20. Se codifica en el cromosoma 15q23-q24. Los electrones transferidos para esta reacción provienen de un sistema de transporte compuesto por la adrenodoxin y la adrenodoxin reductasa que se encuentran en la mitocondria y en la pared de la misma.

3 β Hidroxiesteroide deshidrogenada (3 HSD2) Enzima asociado a la membrana microsomal que deshidrogena el grupo 3 hidroxilo, e isomeriza el doble enlace C5 de la pregnenolona, 17-OH-pregnenolona y DHEA que se convierten en progesterona, 17-OH-progesterona y androstendiona respectivamente. Consta de 372 aminoácidos y solo existe en las adrenales y las gónadas. El gen que la codifica se encuentra en el cromosoma 1p13.1.

17 α Hidroxilasa-17, 20 liasa (P450-C17) (CYP17) Enzima microsomal de 508 aminoácidos que cataliza la hidroxilación de pregnenolona y progesterona en C17 (actividad 17 hidroxilasa), produciéndose 17-OHpregnenolona y 17-OH-progesterona, y escinde la cadena de 2 átomos de carbono en C17 (17-20 liasa), produciéndose DHEA y androtendiona. Estas dos actividades faltan en la zona glomerulosa. Se codifica en el cromosoma 10q24.3.

21 α Hidroxilasa (P450-C21) (CYP21A2) Enzima microsomal de 494-495 aminoácidos que cataliza la hidroxilación en C21 de progesterona y 17-OH-progesterona a DOCA y 11-deoxicortisol. Está codificada por el gen situado en el cromosoma 6p21.3.

11 β Hidroxilasa (P450-C11) (CYP11B1) Enzima mitocondrial de 504 aminoácidos que realiza el último paso para la formación de cortisol a partir de 11-deoxicortisol. También recibe electrones del sistema adrenodoxin y adrenodoxin reductasa. Está presente básicamente en la zona fascicular y el gen codificante se encuentra en el cromosoma 8q24.3.

Aldosterona (CYP11B2)

sintetasa

(18

Hidroxilasa-18

Oxidasa)

(P450-As)

En la zona glomerulosa esta enzima mitocondrial cataliza los últimos tres pasos, 11 hidroxilación, 18 hidroxilación y 18 metiloxidación, para la formación de aldosterona. El gen que la codifica en los humanos está íntimamente relacionado con el CYP11B1 (11 Hidroxilasa), se encuentra localizado cerca del mismo en el cromosoma 8q24.3 y las enzimas son homólogas en un 95%, pero las secuencias promotoras 5´difieren. El

hecho de que el gen CYP11B2 no se exprese en al zona fasciculada es importante dado que así la secreción de aldosterona es regulada por la angiortensina II y no por la ACTH. Los glucocorticoides son segregados a partir de la zona fascicular en cantidades de 1020 mg/día, los mineralocorticoides a partir de la glomerular entre 100-150 µg/día y los esteroides sexuales, DHEA, DHEAS y androstendiona, más de 20 mg/día. En la figura 26.1 podemos ver un esquema en el que se nos muestra la cascada de formación de esteroides. : 7: 7D D7

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Figura 26.1. Síntesis de esteroides corticosuprarrenales

ACCIONES DE LOS GLUCOCORTICOIDES Existen múltiples campos en los cuales producen efectos los glucocorticoides. Sobre el metabolismo de los glúcidos contribuyen por diferentes vías a elevar los niveles de glucosa. Por un lado aumentan su síntesis de glucosa activando la gluconeogénesis hepática y por otro en los tejidos periféricos inhiben la captación y utilización de la misma. También favorece la producción de glucógeno hepático. Activan la lipólisis favoreciendo el aumento de ácidos grasos libres, colesterol y triglicéridos, pero al mismo tiempo disminuyen los niveles de HDL-colesterol. Estimulan la formación de tejido graso a nivel central y visceral. Producen una disminución de las reservas proteicas del organismo que son utilizadas para la producción de glucosa. Los corticoides inhiben la división de las células epidérmicas, reducen la formación de colágeno y producen atrofia muscular al disminuir la síntesis de proteínas. En el hueso inhiben la función de los osteoblastos y producen un balance negativo de calcio con lo cual favorecen la aparición de osteoporosis. Durante el crecimiento, el exceso de corticoides produce una inhibición del mismo, posiblemente debido al efecto catabólico sobre el tejido colectivo, el músculo y el hueso. En los pulmones producen la maduración de los mismos en la vida fetal, al aumentar la síntesis de proteínas del surfactante. Aumentan la tensión arterial por diferentes mecanismos. En los vasos sanguíneos favorecen la acción de los agentes presores sobre el músculo liso e inhiben la acción de los agentes vasodilatadores. Además producen retención de sodio y excreción de potasio en la neurona distal. Sobre el sistema inmunológico producen un efecto inhibidor generalizado. Por un lado disminuyen el número de linfocitos, sobre todo los T, en sangre periférica al redistribuirlos en el bazo, ganglios linfáticos y médula ósea y aumentar su apoptosis.

Al mismo tiempo inhiben la producción de inmunoglobulinas, citoquinas y prostaglandinas, con lo cual se produce una disminución de la respuesta inflamatoria. En el sistema nervioso central se produce inhibición de la secreción en el hipotálamo y neurohipófisis de CRH, vasopresina, y en la adenohipófisis de proopiomelanocortina y sus derivados, ACTH, β-endorfina y β-lipotropina. Un exceso de corticoides produce inicialmente euforia, y posteriormente depresión, manía, apatía, letargia y psicosis. También se puede observar aumento del apetito, disminución de la libido e insomnio.

Acciones de los mineralocorticoides La aldosterona es secretada por la zona glomerulosa por la acción de los tres principales secretagogos, la angiotensina II, el potasio y en menor medida la ACTH. Actúa principalmente a nivel del túbulo contorneado distal donde produce una reabsorción de sodio que provoca un intercambio iónico con eliminación de potasio e hidrógeno con lo que aparece un aumento del volumen de líquido extracelular, aumento de la presión arterial, hipokalemia y alcalosis cuando existe en exceso. También aumenta la eliminación de amonio, magnesio y calcio. En la saliva y en el sudor también está aumentada la concentración de sodio y disminuida la de potasio. La corticosterona y la DOCA, son segregadas tanto por la zona glomerulosa como fascicular y también tienen efecto mineralocorticoide.

Acciones de los esteroides sexuales adrenales Los andrógenos sexuales DHEA, DHEAS y androstendiona representan más del 50% de los circulantes en la hembra y un 5% en el varón. La DHEA tiene un efecto androgénico débil pero puede convertirse en andrógenos o estrógenos en la periferia por la acción de diferentes enzimas. La androstendiona puede convertirse en testosterona a nivel periférico. Cuando existe exceso de esteroides sexuales se produce en las hembras hirsutismo, acné e incluso ambigüedad sexual con agrandamiento del clítoris, fusión labial y desarrollo del seno urogenital. En los varones en estos casos pueden producir precocidad isosexual con alargamiento del pene y aparición de vello pubiano.

BIBLIOGRAFÍA 2 .

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CAPÍTULO 27

H IP E R P L A S IA A D R E N A L C O N G É N IT A

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La hiperplasia de las glándulas adrenales fue descrita por primera vez en autopsias a mediados del siglo XIX, pero la naturaleza de la enfermedad no se comenzó a entender hasta el siglo XX cuando se identificaron las alteraciones hormonales y la transmisión genética de la misma.

DÉFICIT DE 21α α-HIDROXILASA El defecto en la conversión de progesterona y 17-OH-progesterona a DOCA y 11deoxicortisol ocurre en más del 90% de casos de HSC. Se trata de una de las enfermedades hereditarias más comunes. La prevalencia alcanza a 1:14200 nacidos vivos, aunque esta varía según las diferentes razas, siendo la más alta entre los esquimales Yupik de Alaska (1:280) y la más baja entre la población china (1:28000). Las formas tardías prevalecen entre los hispánicos, yugoslavos y judíos procedentes del este europeo.

Formas clínicas Existen dos formas clínicas que dependen de la gravedad del fallo en la actividad enzimática: • clásica: Se trata de una patología grave en la que se distinguen dos entidades: o virilizante simple (SV): Se presenta con ambigüedad sexual en las mujeres y pseudopubertad precoz en el varón. o pierde sal (SW): Además de lo anterior aparecerá hiponatremia, hipercaliemia e hipotensión (colapso cardiovascular). • non-clásica (NC): Es la forma menos grave y más frecuente de la enfermedad. Aparece en la edad adulta con hirsutismo, acné, virilismo, irregularidades menstruales, disminución de la fertilidad femenina y masculina, incidentalomas adrenales y masas testiculares.

Diagnóstico Se debe sospechar la forma clásica cuando aparecen genitales ambiguos en el recién nacido de sexo femenino o cuando hay una crisis pierde sal. La forma non-clásica presentará precocidad isosexual, edad ósea avanzada con testes prepuberales en el varón y virilismo, hirsutismo, opsomenorrea, infertilidad y acné en la hembra.

El diagnóstico se hará mediante la determinación de 17-hidroxiprogesterona basal o tras estímulo con ACTH, que pasará de 15 ng/ml en las formas non-clásicas y será muy superior en las formas clásicas, en las que además estarán elevadas la ACTH y la actividad de la renina plasmática.

Genética El gen que codifica la 21-hidroxilasa se encuentra en la región 6p21.3 de la cadena corta del cromosoma 6, dentro del locus de los antígenos de clase II del sistema HLA. Existen dos genes, el CYP21A2 que es el funcional en los humanos, contiene 3.4 kb con 10 exones y 9 intrones, y el CYP21A1, que es una pseudogén, con un 90% de homología con el gen lo que facilita eventos de recombinación durante la meiosis entre ambos. Los genes CYP21A2 son autonómicos (2 alelos) y la patología es autonómica recesiva por lo cual las manifestaciones clínicas estarán determinadas por el alelo menos afecto. Pueden aparecer lesiones genéticas de diferentes tipos: • grandes delecciones/inserciones • pequeñas delecciones/inserciones o inframe: tres bases o múltiplo de tres. o frameshift: cambia la secuencia de aminoácidos finalizando en un codón stop. • mutaciones puntuales (una base): o cambio de un aminoácido: missense o cambio a un stop codon: nonsense o cambio en el ayuste: splicing o transición/transversión La 21-hidroxilasa es un péptido de 494-495 aminoácidos, las lesiones genéticas pueden afectar a diferentes partes del mismo dando lugar a pérdida de actividad que será mayor o menor según el grado o el lugar de la mutación. La posición C428 sirve para la unión al grupo heme. La E294-T295 para la unión a oxígeno y agua. La Q53R60 (N-terminal) y L342-V358 (C-terminal) para la unión al sustrato y la R354-R356 para la unión a proteínas accesorias.

Tratamiento En los años 1950 Wilkins y Bartter propusieron el tratamiento con cortisona. Actualmente se suele utilizar hidrocortisona (6-8 mg/m2/día) en niños y dexametasona (0.25-0.50 mg/día) o prednisona (2.5-5 mg/día) en adultos. En la formas graves pierde sal también se usa 9-α–fluorohidrocortisona con acción mineralocorticoide y NaCl que permite usar menos dosis de glucocorticoides. Puede ser necesaria la corrección de anormalidades genitales en niñas. Se ha propuesto la adrenalectomía para evitar la fuente de andrógenos y se debe dar consejo genético a las parejas que puedan transmitir la patología. La terapia génica será una posibilidad en el futuro.

Diagnóstico y tratamiento prenatal Cuando la madre está afecta o existe un hermano afecto se puede realizar el diagnóstico prenatal midiendo la 17-hidroxiprogesterona y ∆4-androstendiona que estarán elevadas en líquido amniótico en SW. También se tomarán muestras de vellosidades coriónicas para realizar el estudio genético y determinar el sexo. El tratamiento debe hacerse a partir de la primera falta, con dexametasona 20 µg/kg/día. La virilización del feto femenino ocurre entre la 8 y 12 semanas de gestación. La 11-β-hidroxiesteroide deshidrogenasa placentaria (3 HSD1) desactiva la prednisona por lo que no puede ser usada. En caso de que el feto sea femenino o no se confirme la alteración genética se suspende el tratamiento.

DÉFICIT DE 11- -HIDROXILASA Existen 2 enzimas en humanos: la P450c11 (CYP11B1) que se expresa en la zona fasciculada y está regulada por ACTH siendo se sustrato el 11-deoxicortisol y la

P450c11Aldo (CYP11B2) presente en la zona glomerular, regulada por la renina, cuyo sustrato es la 11-deoxicorticosterona (DOCA) y que tiene tres actividades: 11- hidroxilasa, 18-hidroxilasa y 18-oxidasa. En la clínica aparece ambigüedad genital (clítoromegalia, fusión labial, seno urogenital) en las hembras y precocidad isosexual (alargamiento de pene, acné) en varones. Al mismo tiempo puede aparecer hipertensión en dos tercios de los pacientes debido al exceso de DOCA siendo menos común en la forma non-clásica. En la analítica puede aparecer hipocalemia, disminución de la actividad de la renina plasmática, elevación del 11-deoxicortisol, DOCA, DHEA, DHEA-S, androstendiona y testosterona. La enfermedad es autosómica recesiva, la prevalencia es de 1/100.000, siendo frecuente entre judíos marroquíes (1/5000). Dos tercios presentan la forma clásica. En humanos CYP11B1 y CYP11B2 se codifican en dos genes localizados en el brazo largo del cromosoma 8q24.3. Cada gen contiene 7000 bp, 9 exones y 8 intrones, siendo idénticos en el 95% de las secuencias codificantes y en el 90% de los intrones. Están separados por 40kb. La enzima está formada por 504 aminoácidos. La terapia consiste en disminuir el hiperandrogenismo y la hipertensión con la menor cantidad posible de corticoides (hidrocortisona o dexametasona). Se realiza una monitorización bioquímica con el 11-deoxicortisol, la DHEA y la renina y una monitorización clínica viendo la evolución de la virilización, la velocidad de crecimiento y la regularidad menstrual. La cirugía correctora de las anormalidades genitales en las niñas puede ser necesaria.

DÉFICIT DE 3- -HIDROXIESTEROIDE DESHIDROGENADA Es una forma rara de hiperplasia adrenal congénita en la que están dañadas la formación de todas las hormonas, aldosterona, cortisol, andrógenos y estrógenos. Esta enzima, que no es de la familia de los citocromos P450, deshidrogena el grupo hidroxilo C3, e isomeriza el doble enlace del anillo B al A (∆5 a ∆4). La falta de cortisol produce aumento de ACTH que provoca hiperplasia adrenal e incremento de pregnenolona, 17-hidroxipregnenolona, DHEA y DHEA-S. El descenso de la actividad enzimática está causada por mutaciones del gen 3 HSD2, pudiendo aparecer formas pierde sal o non-clásicas. El gen 3 HSD1, que se expresa en placenta y tejidos periféricos suele estar intacto dando lugar a gran variabilidad clínica. La mayoría de los pacientes presentarán datos clínicos debidos a la falta de cortisol y aldosterona con hiponatremia, hipercaliemia, depleción de volumen, vómitos. Las hembras pueden tener virilización de genitales externos por incremento de la DHEA que se puede transformar en testosterona en la periferia y los varones diferentes grados de pseudohermafroditismo. El criterio analítico para hacer el diagnóstico es un valor de ∆5-pregnenolona tras estímulo con ACTH superior a 5000 ng/dL. La terapia se realizará mediante el reemplazamiento de las hormonas deficitarias, cortisol y aldosterona hasta la pubertad y posteriormente andrógenos y estrógenos. El gen que codifica la enzima se encuentra en el cromosoma 1p13.1. La proteína consta de 372 aminoácidos.

DÉFICIT DE 17-α α-HIDROXILASA Descrita por Biglieri en 1966, se trata de una patología sumamente rara. La 17αhidroxilasa, hidroxila con igual intensidad a la 5-pregnenolona y la 4-progesterona y de manera diferente y catalizada por citocromo b5 a la 17-hidroxipregnenolona y a la 17-hidroxiprogesterona. Las mujeres presentarán genitales externos normales con falta de desarrollo sexual y amenorrea primaria, y los varones fallo en el desarrollo de los genitales externos con pseudohermafroditismo. Puede aparecer hipocaliemia, alcalosis e hipertensión. En el laboratorio se verán aumentados la DOCA, corticosterona, 18-OHcorticosterona y 18-OH-DOCA. La elevación del la DOCA produce inhibición de la renina por lo cual disminuye la formación de aldosterona.

El gen se encuentra en el cromosoma 10q24.3, codificando la enzima que está formada por 508 aminoácidos. Pueden existir mutaciones que afecten a las dos actividades o solo a la 17-20 liasa, pudiendo existir también mutaciones en el gen del citocromo b5 que cataliza esta segunda actividad.

HIPERPLASIA ADRENAL LIPOIDEA Se caracteriza por la falta de hormonas adrenales y gonadales y aumento de ACTH, presentándose hiperplasia adrenal con acumulación de esteres de colesterol. Se debe a la alteración de la fosfoproteina mitocondrial StAR presente en las adrenales y gónadas pero no en la placenta, con lo que no se afecta la producción de progesterona durante la gestación. Autosómica recesiva, se han descrito más de 35 mutaciones que afectan al gen situado en el cromosoma 8p11.2. La mayoría de las mutaciones afectan al dominio del transfer lipídico. Las células esteroidogénicas sin StAR son capaces de producir hormonas en pequeñas cantidades pero esto se va agravando con el tiempo por la aparición de depósitos de colesterol intracelulares. La clínica presenta insuficiencia adrenal al nacer o en la infancia. Los varones tendrán genitales externos femeninos por falta de andrógenos testiculares y las hembras tendrán un desarrollo sexual normal al nacer y a veces pubertad espontánea que se explicaría por la presencia de un ovario silente hasta la pubertad que no acumularía colesterol. En el laboratorio veríamos cortisol y aldosterona bajos y ACTH y renina elevadas. El tratamiento se hará con gluco y mineralocorticoides.

COLESTEROL DESMOLASA Solo se han descrito tres pacientes, una mujer (heterozigota) y dos varones (uno homozigoto y otro heterozigoto) que fueron diagnosticados por presentar insuficiencia adrenal al nacer, 9 meses y a los 4 años. Teóricamente letal por falta de progesterona placentaria. En uno de los varones existe sexo revertido y el otro es pseudohermafrodita. No se apreció aumento de las glándulas adrenales. El gen que codifica esta enzima se encuentra en el cromosoma 15q23-q24 formando una proteína de 521 aminoácidos. BIBLIOGRAFÍA 2 .

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CAPÍTULO 28

S ÍN D R O M E D E C U S H IN G

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El síndrome de Cushing es la expresión clínica de una exposición excesiva y prolongada a la acción de los glucocorticoides. Es un síndrome que aún hoy, plantea grandes dificultades de manejo ya que no existe ninguna prueba que por sí sola pueda confirmar su diagnostico y porque además, los criterios de curación no están bien definidos y exige un seguimiento muy prolongado debido a la posible aparición de recurrencias.

ETIOLOGÍA La causa más frecuente de hipercortisolismo es la administración farmacológica de glucocorticoides (síndrome de Cushing exógeno). Entre las formas endógenas existen dos grupos que en función de si el hipercortisolismo se debe o no a una secreción excesiva de ACTH., se han dado en llamar, síndrome de Cushing ACTH dependiente y síndrome de Cushing ACTH independiente. Las causas del síndrome de Cushing ACTH dependiente se deben a: • hipersecreción crónica de ACTH hipofisaria (enfermedad de Cushing hipofisaria), debida en un 90% de los casos a la existencia de un adenoma hipofisario. Esta forma representa el 70% de los casos del síndrome de Cushing. • enfermedad de Cushing asociada con el síndrome de neoplasia endocrina múltiple (MEN) tipo I. La presentación de esta forma es rara. • secreción de ACTH por tumores no hipofisarios (síndrome de Cushing por ACTH ectópica), que representa el 15% de los casos. • Las causas del síndrome de Cushing ACTH independiente son: • tumores suprarrenales (adenomas y carcinomas) productores de cortisol (15% de los casos). • hiperplasia suprarrenal macronodular por receptor anómalo. • displasia suprarrenal micronodular familiar, de presentación rara. • hiperplasia nodular autónoma en el síndrome de McCune-Albright, también de presentación rara.

DIAGNÓSTICO El diagnóstico del síndrome de Cushing y la determinación de su causa se fundamenta en la existencia de una serie de datos clínicos y en la realización de una serie de

pruebas, de las que ninguna de ellas por sí sola tiene en la actualidad validez diagnostica. El primer paso en la valoración del paciente con sospecha de tener un síndrome de Cushing se basa en el diagnóstico clínico. La ganancia de peso fácil, la dificultad para perder peso y la distribución central de la grasa son los síntomas clínicos de mayor sensibilidad diagnóstica, mientras que la debilidad de la musculatura proximal y las equimosis son los mas específicos. Los síntomas clínicos están relacionados con la secreción inapropiada o excesiva de cortisol y por lo tanto el diagnóstico hay que fundamentarlo en demostrar la existencia de hipercortisolismo, confirmar su diagnóstico y determinar su causa.

Demostración de la existencia de hipercortisolismo Cortisol libre urinario (CLU) La determinación del cortisol libre urinario (en orina recogida durante 24 horas) es equivalente a la medida integrada de la concentración libre de cortisol. Cuando existe un valor de CLU superior a tres veces el límite superior de la normalidad, la probabilidad diagnóstica es del 100%. Por el contrario, si la mayoría de las determinaciones de CLU son normales, la probabilidad diagnóstica es muy baja. Determinación nocturna del cortisol (23 h) Valores de CP de 7.5 µg/dL (207 nmol/L) en muestras extraídas a las 23 h realizadas en condiciones de reposo previo y ausencia de estrés, tienen una sensibilidad del 96% y una especificidad del 100% para discriminar entre individuos normales, pacientes con pseudo-Cushing y pacientes con síndrome de Cushing. Frenación nocturna con 1mg de dexametasona (test de Nugent) Antes de establecer el diagnóstico definitivo hay que excluir que el CP descienda por debajo de 5 µg/dL (nmol/L) cuando se administra 1 mg de dexametasona a las 23 h del día anterior.

Confirmación del hipercortisolismo Frenación débil con dexametasona, 2mg/día, dos días (test de Liddle I). Valores de CP 30) del 14,05 %, en Galicia habría 176.064 obesos (74.481 hombres y 101.824 mujeres), y utilizando el porcentaje de obesidad mórbida estimado por el estudio SEEDO’2000, 6.036 (1.862 hombres y 4.174 mujeres) tendrían una obesidad mórbida (IMC >40). Sin embargo, estos datos probablemente estén magnificados debido a que en otras Comunidades Autónomas el porcentaje estimado de obesidad mórbida es más bajo, alrededor del 0,25%, reduciéndose de este modo las cifras de obesidad mórbida en Galicia a unas 3.132 personas (tabla 35.6). Tabla 35.6. Prevalencia de la obesidad en Galicia (datos estimados)

Población IMC > 30 IMC > 40 (0,48%) IMC > 40 (0,25%)

Total

Hombres

Mujeres

1.253.127 176.064 6.036 3.132

620.674 74.481 1.862 965

632.453 101.824 4.174 2.166

ENFERMEDADES RELACIONADAS CON LA OBESIDAD La obesidad es un factor de riesgo para muchas enfermedades y aumenta significativamente la mortalidad sobretodo si se asocia a algún otro factor de riesgo como tabaquismo, hiperlipemia, hipertensión arterial o diabetes. Así, se ha visto que la mortalidad de un paciente con obesidad mórbida es 12 veces mayor en comparación con la población normal, para el grupo de edad de 25 a 34 años, siendo la mayoría de las muertes de causa cardiovascular. Esta proporción disminuye a medida que avanza la edad del paciente, de manera que en el grupo de edad de 35 a 44 años el exceso de mortalidad es 6 veces mayor. Las asociaciones clínicas más importantes de la obesidad están recogidas en la tabla 35.7.

Enfermedades metabólicas. La prevalencia de la diabetes mellitus en los individuos obesos es 3 veces superior a la de la población normal, siendo la causa fundamental de su aparición, un incremento en las necesidades de insulina y una resistencia a su acción en los tejidos diana. Esto puede determinar fallo pancreático y la aparición de diabetes no insulinodependiente secundaria a la obesidad que, en la mayoría de los casos, puede controlarse reduciendo el peso del paciente.

Tabla 35.7. Principales enfermedades relacionadas con el sobrepeso y la obesidad.

Enfermedades metabólicas Diabetes mellitus tipo 2 Dislipemias: hipertrigliceridemia, aumento del LDL colesterol y disminución del HDL-colesterol Hiperuricemia y gota Enfermedades cardiovasculares Hipertensión arterial Cardiopatía isquémica Insuficiencia cardíaca congestiva Insuficiencia venosa de extremidades inferiores Enfermedad tromboembólica Problemas respiratorios Insuficiencia respiratoria Apnea del sueño Enfermedades digestivas Hernia de hiato Colelitiasis Esteatosis hepática Cáncer: colon, recto, próstata, ovarios, endometrio, mama, vesícula y vías biliares Alteraciones osteoarticulares: cadera, rodilla, tobillo y columna Trastornos psicológicos

La obesidad se asocia también con alteraciones del perfil lipídico (aumento de los niveles circulantes de triglicéridos y de LDL-colesterol y disminución del HDLcolesterol) que confieren al paciente un alto riesgo de padecer cardiopatía isquémica. Por último, el paciente obeso presenta habitualmente una producción de ácido úrico aumentada y un aclaramiento disminuido que van a provocar la aparición de hiperuricemia, pudiendo desencadenarse episodios de gota.

Enfermedades cardiovasculares La hipertensión arterial es 2,5 veces más frecuente entre las personas obesas que en las personas con normopeso, siendo la resistencia a la insulina, el hiperinsulinismo, la hipertrigliceridemia y la reducción del colesterol HDL que aparecen en estos pacientes, el posible mecanismo etiopatogénico. El estudio Framingham ha demostrado que la obesidad es un factor de riesgo para la cardiopatía isquémica, independientemente de la edad, de los niveles de colesterol, de la presión arterial, del consumo de tabaco y de la tolerancia a la glucosa. Además, la obesidad puede producir un aumento del volumen sanguíneo, del volumen diastólico del ventrículo izquierdo y del gasto cardíaco, responsables a medio plazo de hipertrofia y dilatación ventricular que puede desembocar en insuficiencia cardiaca congestiva. La obesidad está también relacionada estrechamente con una mayor incidencia de insuficiencia venosa crónica de las extremidades inferiores que va a provocar la aparición de varices y un riesgo incrementado de padecer enfermedad tromboembólica.

Problemas respiratorios La obesidad mórbida se asocia frecuentemente con alteraciones de la ventilación que pueden conducir a una insuficiencia respiratoria global (síndrome de Pickwick). También el síndrome de apnea obstructiva del sueño es una manifestación clínica que puede aparecer en los grandes obesos.

Enfermedades digestivas El paciente obeso suele presentar un mayor riesgo de padecer hernia de hiato y colelitiasis, esta última debido a un aumento de la excreción biliar de colesterol y de la saturación de la bilis. Los trastornos lipídicos son también la causa de una mayor

incidencia del hígado graso en estos pacientes que se suele manifestar por un aumento de los niveles de transaminasas.

Cáncer La obesidad aumenta el riesgo de padecer cáncer de colon, recto y próstata en los varones y de endometrio, mama, vesícula y vías biliares en las mujeres.

Patología osteoarticular El exceso de peso supone una sobrecarga que acelera los procesos degenerativos articulares, fundamentalmente a nivel de cadera, rodilla, columna y tobillo.

Problemas psicológicos La obesidad mórbida se asocia frecuentemente con ansiedad y depresión secundarias a los trastornos psicológicos y de adaptación al medio que suelen presentar estos pacientes: problemas de relación interpersonal, rechazo social e incluso discriminaciones laborales y otras formas de estigmatización social.

CLASIFICACIÓN ALIMENTARIOS

DE

LOS

PACIENTES

SEGÚN

SUS

HÁBITOS

Es fundamental el reconocer, previamente a la intervención quirúrgica, los hábitos alimentarios característicos de cada paciente, los cuales se pueden clasificar en los siguientes: • grandes comedores: pacientes que ingieren habitualmente grandes cantidades de comida tradicional. • comedores de dulces: son aquellos que suelen ingerir alimentos ricos en hidratos de carbono o con un alto contenido calórico más de tres veces por semana. • comedores de “comida rápida”: habitualmente comen con mucha frecuencia frituras, comidas rápidas, pizzas, alimentos preparados, etc. • comedores entre comidas: también llamados “picadores”, son aquellos que ingieren a diario y de forma continua, cantidades valorables de productos nutritivos (+150 kcal cada vez) entre las comidas principales. • comedores reiterativos: ingieren comidas del mismo grupo de alimentos, de forma repetida y constante. • comedores bulímicos: pacientes con comportamientos bulímicos o bulimia nerviosa según criterios DSM-IV. El hábito alimentario del paciente es muy importante a la hora de elegir una técnica quirúrgica en el tratamiento de la obesidad, pues si se realiza una técnica restrictiva, como la gastroplastia vertical con banda, a un paciente que ingiere grandes cantidades de líquidos azucarados o pasteles, es seguro que se obtendrá un fracaso. Por el contrario, si el paciente ingiere grandes cantidades de comida “típica”, aunque sea un superobeso mórbido, posiblemente sea suficiente con la gastroplastia, sin necesitar otro procedimiento más agresivo, como las técnicas restrictivomalabsortivas. BIBLIOGRAFÍA Aranceta J, et al 1998 Prevalencia de la obesidad en España: estudio SEEDO' 97. Med Clin 111:441. Aranceta Bartrina J, Pérez Rodrigo C 2000 Obesidad. La epidemia del siglo XXI. Díaz de Santos. Barsh GS, Farooqi IS, O'Rahilly S 2000 Genetics of body weight regulation. Science 404:644. Drenick EJ, Bale GS, Seltzer F, Johnson DG 1980 Excessive mortality and causes of death in morbidly obese men. JAMA 243:443. Estudio prospectivo Delphi 1999 Costes sociales y económicos de la obesidad y sus patologías asociadas. Gabinete de Estudios Bernard Krief. Flier JS, Maratsos-Flier E 1998 Obesity and the hypotalamus: novel peptides for new pathways. Cell 92:437. Mokdad AH, Serdula MK, Dietz WH, Bowman BA, Marks JS, Koplan JP 1999 The spread of the obesity epidemic in the United States, 1991-1998. JAMA 282:1519.

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CAPÍTULO 36

T R A T A M IE N T O D E L A O B E S ID A D

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El tratamiento de la obesidad requiere un abordaje integral del paciente obeso con la actuación, en muchas ocasiones, de un equipo multidisciplinar formado por el médico de atención primaria, el endocrinólogo, nutricionistas y psicólogos o psiquiatras, sin olvidar el importante papel que juega el personal de enfermería. En algunos casos también puede ser necesaria la colaboración de cirujanos para la realización de algún tipo de tratamiento agresivo o para reparar los defectos estéticos ocasionados por el sobrepeso. Antes de comenzar cualquier tratamiento de la obesidad el paciente debe de realizar una reflexión previa y una profunda convicción de querer llevarlo a cabo, para evitar el importante número de fracasos que se producen por la dificultad de cambiar los hábitos de vida de forma duradera. El tratamiento de la obesidad debe de seguir un determinado orden, comenzando siempre por la implantación de dieta alimenticia y ejercicio físico, para posteriormente, introducir otras medidas como la psicoterapia, la farmacoterapia y la cirugía.

DIETA HIPOCALÓRICA Las dietas adelgazantes deben aportar una cantidad de calorías inferior a las necesidades diarias del organismo y, a la vez, una cantidad equilibrada de nutrientes, debiendo de ajustarse al sexo, edad, actividad laboral, peso inicial y posible patología asociada (véase capítulo 33). La reducción del aporte calórico debe de realizarse fundamentalmente a expensas de una disminución del aporte de grasas, de alcohol y de los azúcares simples y, en las dietas que aportan menos de 1.200 kcal/día, deben prescribirse suplementos de vitaminas y minerales. Las dietas muy hipocalóricas (menos de 500 kcal/día) con alta proporción de proteínas de alta calidad e hidratos de carbono y enriquecidas con vitaminas y oligoelementos, deben de utilizarse bajo un estricto control médico y por períodos de tiempo no superiores a 12 semanas. Las contraindicaciones más importantes de este tipo de dietas son la insuficiencia renal, la diabetes mellitus, la hiperuricemia y las alteraciones del ritmo cardíaco.

EJERCICIO La inactividad física es un factor muy importante en la génesis y en el mantenimiento de la obesidad. El objetivo de un plan de ejercicio físico es que el paciente lo realice durante un mínimo de 3-4 días a la semana, 30-45 minutos cada vez y al 65-80% de su frecuencia cardiaca máxima. Esto se debe conseguir de manera progresiva y escalonada, llegando a la fase final o de mantenimiento en 6-8 meses, aproximadamente. El ejercicio más recomendable es el aeróbico (carrera continua, natación, ciclismo, etc.), que es aquel que moviliza grandes masas musculares durante un tiempo largo y a una frecuencia cardiaca submáxima, es decir, sin llegar nunca al agotamiento. Es muy importante que cualquier ejercicio físico vaya siempre acompañado de dieta y que esté supervisado por un médico, siendo imprescindible un estudio inicial para descartar patología cardiovascular.

MODIFICACIÓN DEL COMPORTAMIENTO La terapia de conducta ligada a la dieta puede ser una herramienta útil a largo plazo y consiste en las siguientes medidas: • enseñar una serie de conocimientos fundamentales sobre la dieta, el ejercicio físico y la forma de vida • adiestrar y estimular al paciente para que registre sistemáticamente todo lo que ingiere, dónde, con quién, qué sentimientos tiene cuando come y el grado de hambre o saciedad que presenta • inducir cambios paulatinos en la forma de comer y en el estilo de vida (establecimiento de un horario de comidas, comer lentamente, etc.) • controlar los estímulos individuales y sociales que inducen a comer.

TRATAMIENTO FARMACOLÓGICO Posiblemente, el fármaco ideal sería aquel que produjera una pérdida de la grasa corporal sin que se afectasen las proteínas u otros tejidos corporales, que permitiese al individuo el mantenimiento de la reducción de peso conseguida, que estuviera exento de riesgos adversos y que careciera de potencial adictivo. Teniendo en cuenta los mecanismos de actuación, los diferentes fármacos existentes para el tratamiento de la obesidad se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Fármacos que reducen la ingesta o anorexígenos Actúan disminuyendo el apetito y se dividen a su vez en los siguientes subgrupos: adrenérgicos, serotoninérgicos y mixtos. Agonistas adrenérgicos centrales El primer fármaco adrenérgico utilizado fue la anfetamina (Centramina®) y posteriormente sus derivados: dietilpropión (Delgamer®), fentermina (no comercializada en España), fenilpropanolamina (contenida en productos antigripales) y fenproporex (Tegisec® y Antiobes Retard®). Su mecanismo de acción es a través de la liberación de noradrenalina y dopamina en las terminaciones sinápticas del sistema nervioso central (SNC) y su uso es muy limitado debido a los efectos secundarios y a la baja efectividad a largo plazo que presentan. Agonistas serotoninérgicos centrales Dentro de esta categoría podemos distinguir dos grupos. El primero de ellos estaría constituido por la fenfluramina (Ponderal®) y la dexfenfluramina (Dipondal®): ambos retirados del mercado en 1.997 por su asociación con hipertensión pulmonar y patología valvular cardíaca. Su mecanismo de acción consiste en aumentar la liberación de serotonina, actuando como agonista de los receptores 5-HT2c. El segundo grupo corresponde a los antidepresivos inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS): este grupo está formado por tres fármacos, fluoxetina, paroxetina y sertralina, si bien el primero es el más representativo. Actúan

como antidepresivos que al inhibir selectivamente la recaptación de serotonina, tienen cierto efecto anorexígeno. Estarían indicados para el tratamiento de una posible depresión asociada a la obesidad, para la bulimia nerviosa y en los trastornos obsesivo-compulsivos. Agonistas adrenérgicos y serotoninérgicos centrales Dado que tanto los fármacos noradrenérgicos como los serotoninérgicos tienen acción sobre el apetito, en algunos países se asociaron ambos tipos de fármacos aunque a menores dosis, observándose una mayor incidencia de efectos secundarios, motivo por el que estas asociaciones fueron retiradas del mercado. Otra posible alternativa es la utilización de fármacos capaces de estimular ambos sistemas. Este es el caso de la sibutramina, un fármaco que aún no está comercializado en España, investigado originariamente como antidepresivo inhibidor de la recaptación de serotonina y noradrenalina. No fue eficaz en esa indicación pero se vio que los pacientes tratados perdían peso, reorientándose su utilidad como fármaco antiobesidad.

Fármacos termogénicos La termogénesis es la producción de calor corporal, y es una vía para aumentar el gasto energético y facilitar la pérdida de peso. Este proceso puede estar mediado por vía central a través del sistema nervioso simpático o por vía periférica a través de receptores específicos agonistas β3. Combinación de efedrina y cafeína La efedrina aumenta la liberación de noradrenalina, la cual posee efectos no sólo termogénicos sino también anorexígenos, y la cafeína disminuye la degradación de la noradrenalina en la unión sináptica, actuando de forma sinérgica con la efedrina. Agonistas β3 Los receptores β3 se localizan en la grasa y en los adipocitos del tracto gastrointestinal y poseen una gran variedad de funciones metabólicas que incluyen lipolisis, termogénesis y funciones metabólicas y de motilidad del tracto gastrointestinal. Los agonistas β3 son fármacos que están en fase de investigación y que actúan estimulando dichos receptores.

Fármacos que interfieren con la absorción de los nutrientes Acarbosa Es un inhibidor de la α-glucosidasa intestinal, que es el enzima que hidroliza los hidratos de carbono en azúcares sencillos. Su mecanismo de actuación es un enlentecimiento de la absorción de glúcidos a nivel intestinal, si bien los estudios de eficacia no han demostrado una reducción significativa de peso. Orlistat Es un derivado de la lipstatina, que es una sustancia producida por el Streptomyces toxitricini. Se une selectivamente al lugar activo de las lipasas gastrointestinales (gástrica, pancreática y carboxiléster) sin actuar sobre las demás enzimas digestivas (amilasa, tripsina, quimotripsina y fosfolipasas), por lo que impide la hidrólisis y absorción de las grasas sin interferir en la de los hidratos de carbono, proteínas y fosfolípidos. En España se ha comercializado con el nombre de Xenical® y no está subvencionado por el sistema sanitario. Fibra Se encuentra de forma natural en los alimentos vegetales, y algunos de los preparados farmacéuticos más utilizados son el Fibraguar® (goma guar), Fibra Leo® (salvado de trigo, pectina) y Metamucil® (Psyllium). A la fibra se le han atribuido propiedades beneficiosas para la obesidad debido al retraso del vaciamiento gástrico que contribuye a un aumento de la saciedad así como la interferencia en la absorción de glucosa y colesterol a nivel intestinal. Además, la fibra insoluble aumenta el bolo fecal y mejora el estreñimiento, siendo de utilidad cuando se consume una dieta baja en calorías.

TRATAMIENTO QUIRÚRGICO El tratamiento quirúrgico de la obesidad es denominado frecuentemente como cirugía bariátrica, término que procede del griego baros (peso) y de iatrein (tratamiento). La primera operación utilizada para el tratamiento de la obesidad mórbida fue la resección intestinal extensa, abandonada por su morbilidad e irreversibilidad. Posteriormente comenzó a realizarse la derivación yeyunoileal, practicada por primera vez en 1960 y arquetipo de los procedimientos malabsortivos, que consiste en seccionar el yeyuno proximal y anastomosarlo al íleon terminal, dejando como asa ciega prácticamente todo el intestino delgado. Como consecuencia de la malabsorción se produce una importante reducción de peso de los pacientes aunque asociada a una alta frecuencia de complicaciones, algunas de ellas graves, motivo por el que no se recomienda su uso, habiéndose abandonado en la actualidad. Otras alternativas utilizadas, como la oclusión bucal y la burbuja o balón intragástrico han quedado en desuso por sus complicaciones y malos resultados. Podríamos considerar que una determinada técnica quirúrgica es adecuada cuando: • es segura, es decir, tiene bajo riesgo, con una mortalidad operatoria inferior al 1% y un riesgo de complicaciones inferior al 10%. • es efectiva, con una pérdida de peso superior al 50% en el 75% de los pacientes incluidos en el programa y que ésta se mantenga más allá de 5 años. • es reproducible por distintos profesionales y con resultados similares. • tiene un índice de reoperaciones anuales inferior al 2%. • proporciona una buena calidad de vida y de ingesta y con pocos efectos secundarios (nauseas, vómitos, diarreas, anemia, etc.). En la actualidad se considera que el tratamiento quirúrgico es el único efectivo en el tratamiento de la obesidad mórbida. Las diferentes modalidades quirúrgicas utilizadas actualmente se pueden clasificar en procedimientos restrictivos, malabsortivos o una combinación de ambos.

Procedimientos restrictivos Gastroplastia vertical con banda o con anillo Es una técnica restrictiva que reduce la capacidad gástrica mediante la creación, por medio de grapas, de un pequeño reservorio vertical paralelo al ángulo de Hiss y de unos 30-50 ml de volumen. El paso del alimento al resto del estómago se realiza lentamente a través de un orificio de unos 10 mm de salida que está rodeado por una banda de unos 5 cm de circunferencia externa, ocasionando sensación de saciedad con muy pequeñas cantidades de comida. Esta técnica tiene diversas variantes en lo relativo al sistema que mantiene la estenosis gástrica y al grado de separación de la línea de grapas con respecto al resto del estómago. Es una técnica interesante debido a que preserva la continuidad gastroduodenal y evita la pérdida de micronutrientes, aunque tiende a fallar en los pacientes “comedores de dulces” que teniendo que reducir su ingesta, se adaptan comiendo frecuentemente alimentos líquidos altos en azúcar. Banda gástrica ajustable Fue introducida por Kuzmac y consiste en una bandeleta gástrica hinchable de silicona que se coloca en torno al fondo gástrico, creando una estrechez en forma de reloj de arena en ese lugar. Es una técnica muy utilizada debido a su sencillez y al igual que con la gastroplastia vertical con banda, se mantiene la digestión y la absorción de los alimentos de una forma fisiológica y normal. En la actualidad, en Europa están comercializadas dos tipos de bandas ajustables, la Lap-Band y la banda ajustable sueca (swedish adjustable gastric band). Esta técnica se realiza también desde hace unos años por vía laparoscópica. En primer lugar se realiza un neumoperitoneo, introduciéndose a continuación los trócares y procediéndose a colocar la banda ajustable en la parte superior del estómago, que tras tensarla, crea una estrecha conexión entre el pequeño estómago superior y el inferior. La banda gástrica ajustable suele estar recubierta con silicona y tiene incorporado un tubo inflable con un dispositivo alojado en el músculo recto

anterior del abdomen que, mediante su manipulado, permite al cirujano alterar el diámetro del estoma. Habitualmente, la banda no se hincha hasta pasadas cuatro semanas desde la cirugía para permitir su anclaje mediante la formación de tejido fibroso alrededor. Si el paciente no pierde peso, se puede inyectar suero salino en el dispositivo alojado en el músculo recto, de manera que cerrando la banda, se cierra más la conexión entre las dos secciones del estómago. Por el contrario, si el paciente pierde peso muy rápidamente, se puede abrir o relajar la banda retirando un poco de suero salino, de manera que se abra el estoma. Habitualmente esta técnica se considera contraindicada en aquellos pacientes con reflujo gastroesofágico previo a la intervención, fundamentalmente si ingieren antiinflamatorios no esteroideos u otros fármacos irritantes de la mucosa gástrica de forma periódica. Procedimientos que combinan restricción con derivación La derivación yeyunogástrica o bypass gástrico en Y de Roux es la técnica más popular y posiblemente la más utilizada en EE.UU., considerándose, junto a la gastroplastia vertical con banda, el tratamiento quirúrgico de referencia con el que comparar las otras técnicas. Fue creada hace aproximadamente unos 20 años como reemplazo de la derivación yeyunoileal, comenzándose en 1993 a realizarse también por vía laparoscópica. La técnica consiste en la realización de una plastia con sutura mecánica, creando un reservorio de unos 30 ml en el fondo gástrico que se anastomosa a un asa no funcional en Y de Roux, con una boca de salida de unos 10 mm de diámetro. Esta alternativa busca dejar un segmento intestinal de unos 50-60 cm (aunque otras variantes utilizan segmentos largos de 120 a 150 cm) separado del flujo biliopancreático, creando así una malabsorción parcial de lípidos, lo que contribuiría a un mejor resultado. Mientras más larga sea el asa, mayor será la malabsorción, por cuanto la mezcla entre la comida, la bilis y el jugo pancreático se produce más distante en el intestino. En alrededor del 20% de pacientes, la sola ingestión de carbohidratos puede hacer aparecer el síndrome de evacuación gástrica rápida o síndrome de dumping, que se produce cuando los alimentos entran rápidamente en el intestino delgado. Se manifiesta por rubefacción facial, palpitaciones, sudoración y diarrea, funcionando en cierta manera como mecanismo de control del comportamiento alimentario. Existen diferente variantes de esta técnica, como la de Salmon en la que se combina la derivación yeyunogástrica con la gastroplastia vertical con banda y la de MacLean en la que se separa un pequeño reservorio gástrico del resto del estómago y se une de forma retrocólica con un asa en Y de Roux de 40 cm, con una anastomosis de 100 a 150 cm. Otras variantes más recientes son las de Fobi y la de Capella. Procedimientos mixtos o restrictivos-malabsortivos La derivación biliopancreática o técnica de Scopinaro es una técnica desarrollada en 1979 que combina una resección gástrica con un asa en Y de Roux, dejando como longitud efectiva de digestión y absorción sólo los 50 cm finales de intestino. Su irreversibilidad, el riesgo de la resección gástrica y sus consecuencias funcionales y metabólicas (déficit proteico-calórico, gran número de alteraciones del metabolismo del calcio, hierro y vitaminas liposolubles), hicieron que no fuese reconocida hasta 1991 como una técnica válida de cirugía bariátrica a pesar de que presenta buenos resultados en términos de reducción de peso. En años posteriores, Scopinaro realizó una variante de su propia técnica, adaptando el volumen gástrico al exceso de peso inicial de los pacientes (ad hoc stomach) y aumentando el asa alimentaria intestinal. La variante de Scopinaro o de cruce duodenal, es una variante de la técnica anterior en la que se sustituye la gastrectomía distal por una tubular en la que se preserva el antro pilórico y un corto segmento duodenal, aumentándose también la longitud efectiva intestinal a un metro. Su ventaja es que se mantiene el píloro de tal forma que la ingesta y la digestión es más fisiológica, evitándose la evacuación gástrica rápida o síndrome de dumping. La pérdida de peso obtenida es importante, manteniéndose a largo plazo y con menores complicaciones que la anterior, si bien los pacientes deben de realizar un seguimiento médico estricto durante toda la vida.

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CAPÍTULO 37

E L S ÍN D R O M E M E T A B Ó L IC O

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Con frecuencia se asocian en una misma persona diversos factores que incrementan de forma significativa el desarrollo de enfermedad vascular arterioesclerótica, principal causa de morbi-mortalidad en las sociedades occidentales. Este hecho sugirió la existencia de un síndrome metabólico en el que se asocian resistencia a la insulina con o sin diabetes mellitus tipo 2, dislipemia, hipertensión arterial, obesidad abdominal, disfunción endotelial e inflamación vascular. Otros nombres empleados para definir esta asociación han sido, a lo largo de la historia: síndrome X, síndrome de resistencia a la insulina, cuarteto de la muerte o síndrome obesidad-dislipidemia. Como elemento desencadenante de este síndrome se señala a la resistencia a la acción de la insulina en sus tejidos diana y al hiperinsulinismo que resulta de ésta. Por este motivo los términos síndrome metabólico y síndrome de resistencia a la insulina son utilizados con frecuencia como sinónimos.

DEFINICIÓN Las guías del 2001 National Cholesterol Education Program (Adult Treatment Panel III) define la existencia de síndrome metabólico cuando están presentes tres de las siguientes condiciones: • obesidad abdominal: circunferencia de cintura >102 cm en varones y >88 cm en mujeres • triglicérido séricos ≥150 mg/dl • colesterol HDL102 cm en varones y >88 cm en mujeres) • intolerancia a la glucosa, glucemia anormal en ayunas o diabetes mellitus tipo 2. • antecedentes familiares de diabetes tipo 2 • antecedentes personales de diabetes gestacional • triglicéridos ≥150 mg/dl • hipertensión arterial. El síndrome metabólico se ha asociado además a un estado proinflamatorio y protrombótico con niveles elevados de proteína C reactiva, interleukina 6 (IL-6) e inhibidor del activador del plasminógeno (PAI-1) que a su vez se asocian con un aumento del riesgo de diabetes y de enfermedad cardiovascular. Por el momento el manejo del síndrome metabólico no exige la determinación de estos parámetros aunque su empleo parece altamente recomendable. La incidencia cada vez más evidente del síndrome metabólico en niños y adolescentes ha hecho replantear unos criterios diagnósticos aplicables a estas edades basados fundamentalmente en percentiles para cada edad, por ejemplo, triglicéridos o tensión arterial >P95, colesterol HDL

) +"& &)(* & 1F & Figura 42.1. Mecanismos de la hiperglucemia en la producción del daño vascular

Incremento de la actividad aldosa reductasa (AR). Vía de los polioles La hiperglucemia mantenida, en algunos tejidos, puede activar vías metabólicas alternativas cuyos metabolitos pueden afectar la función celular. Uno de estos mecanismos de consumo de glucosa es la vía del poliol que participa en tejidos como la membrana basal glomerular, cristalino, mielina y axón de nervios periféricos. Un diabético con hiperglucemia crónica tiene aumentado el flujo de esta vía. Por lo tanto, aumentan los niveles de sorbitol y fructosa que quedan atrapados en el interior de la célula porque la membrana es impermeable a estos polioles. El acúmulo de sorbitol en el interior de las células conduce a un aumento en la osmolaridad intracelular y a un descenso del mioinositol. Por otra parte la aldosa reductasa reduce los niveles de NADPH celular lo que altera la producción de óxido nítrico endotelial y el balance

redox. Se altera un importante sistema antioxidante intracelular dependiente del glutation.

Aceleración de la la glicosilación no enzimática. La glicosilación no enzimática de las proteínas (GNE) es la capacidad de la glucosa de unirse a proteínas sin precisar mediación enzimática. Esta vía que se inicia con el intermediario gliceraldehido-3-fosfato conduce a la formación de los llamados productos finales de la glicosilación no enzimática (PFGA, y AGEs, advanced glycosilated end products). Esta vía ha sido estudiada especialmente por M. Brownlee y su equipo. Los formación de AGEs intacelulares, más que los extracelulares, ejercen un importante papel en los cambios celulares observados en los tejidos diabéticos y su formación es mucho más rápida de lo que previamente se creía. Se describen tres efectos principales de la formación de AGEs intracelular: • alteración funcional de proteínas intracelulares. • alteración en la interacción con los receptores de AGEs. • alteración en la interacción con la matriz y otras células. Los AGEs afectan las proteínas circulantes, la membrana celular y las proteínas intracelulares. Algunos de los principales efectos de la GNE son: • menor degradación de proteínas glicosiladas (matriz mesangial, membrana basal, colágeno, fibrinógeno) • glicosilación de los ácidos nucleicos, alterando la función del DNA (mutaciones) • alteración a nivel de receptores. Los macrófagos, monocitos y células endoteliales tienen receptores de superficie cuya glicosilación impide su función de reconocimiento de moléculas. • inmunogenicidad: existen fuertes evidencias de que el sistema inmune influye en la progresión de la aterosclerosis (anticuerpos contra el colesterol-LDL glicosilado en diabéticos, formación de complejos inmunes con LDL oxidadas, presencia de linfocitos T en prácticamente todas las lesiones ateroscleróticas) Los AGEs intervienen en el daño renal por su efecto tóxico sobre la células endoteliales y mesangiales del glomérulo, las modificaciones estructurales y funcionales del colágeno tipo IV y el aumento de su tasa de síntesis a nivel renal.

Activación del diacilglicerol (DAG) y proteína quinasa-C (PKC). La hiperglucemia mantenida aumenta el flujo de intermediarios glicolíticos hacia la síntesis de DAG, el cual es un potente estímulo para la producción de PKC, provocando daño de la microcirculación y neuronal, aumento de la permeabilidad vascular y de la expresión de factores de crecimiento como el VEGF (vascular endotelial growth factor) y el TGF-β (transforming growth factor β).

Activación de la vía de la hexosamina Se activa cuando los niveles de glucosa intracelular son elevados con nocivas consecuencias sobre proteínas y factores de transcripción mediadas por la formación de N-acetil-glucosamina. Se ha estudiado la inhibición de todas estas vías patogénicas en modelos experimentales de microangiopatía y en la mayoría de los casos se demostró eficacia. Brownlee ha descrito un modelo integrador de todos estos mecanismos patogénicos a través de la sobreproducción mitocondrial de superóxido (figura 42.2). Esta teoría junto con su trayectoria investigadora en este campo durante décadas, le ha hecho recientemente merecedor del premio Banting en el año 2004, la condecoración más reconocida por la Sociedad Americana de Diabetes. Brownlee, no satisfecho con la interpretación fragmentada del problema buscó un vínculo entre todos estos mecanismos patogénicos. Descubrió como el aumento de flujo a través de la vía glicolítica provoca aumento de la producción mitocondrial de sustancias oxígeno reactivas (ROS) las cuales activaban un sistema enzimático llamado poli-ADP-ribosa polimerasa-1 (PARP-1), el cual a su vez inactiva una enzima localizada en la vía

glicolítica, inhibiendo así esta vía. Como consecuencia aumenta el flujo a través de las cuatro vías patogénicas descritas, dado que el acúmulo de productos intermedios previos al punto de bloqueo enzimático son iniciadores de esas cuatro vías patogénicas.

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Figura 42.2. Vías metabólicas de la glucosa implicadas en la patogenia de las complicaciones crónicas de la DM. (Modificado de Brownlee M, 2000)

Habiendo descrito un mecanismo unificador de las distintas teorías patogénicas, el equipo de Brownlee es pionero en la investigación de nuevas terapias para la prevención de las complicaciones crónicas de la DM. Una de las teorías se basa en desviar los intermediarios de las vías tóxicas a otras vías no tóxicas; lo cual es viable, por ejemplo, inactivando la enzima transcetolasa con la tiamina (vitamina B1). Estudios en cultivos celulares y en modelos experimentales de retinopatía diabética mostraron como la activación de la transcetolasa normalizó las anomalías bioquímicas inducidas por la hiperglucemia y, aún más importante, previno la retinopatía. Otra aproximación fue inhibir la enzima inducida por ROS (PARP-1); la administración de inhibidores PARP a animales diabéticos promete también resultados esperanzadores. El estrés oxidativo provoca la activación de genes implicados en la disfunción endotelial y la arteriosclerosis. La hiperglucemia aguda incrementa la concentración de radicales libres. Este aumento de la capacidad oxidativa eleva los niveles de lipoproteínas de baja densidad (LDL) oxidadas, componentes de las células de xantoma de las placas arterioscleróticas. El aumento del estrés oxidativo también disminuye los niveles de óxido nítrico (NO), molécula involucrada en el mantenimiento de la integridad endotelial. Un incremento de la expresión de las moléculas de adhesión incrementa la migración de los macrófagos, mientras que una activación de la expresión del factor de crecimiento incrementa la proliferación de las células musculares lisas vasculares. Actualmente se acepta que las complicaciones pueden tener una base metabólica común, pero es posible que factores genéticos desempeñen un papel importante.

También es probable que las alteraciones metabólicas y funcionales interactúen de forma sinérgica en el desarrollo de la micro y macroangiopatía. Los efectos de todos estos procesos son múltiples (figura 42.3): • alteración de la microcirculación: Inicialmente se observa dilatación de arteriolas y vénulas con aumento del flujo, fenómeno reversible con buen control metabólico. • alteraciones del glóbulo rojo: se modifican las características de membrana debido a la glicosilación de las proteínas, disminución del ácido siálico y del colesterol. • alteración de las células endoteliales, plaquetas y coagulación: se ha demostradoalteración en la reactividad plaquetaria por glicosilación de su membrana y de los productos liberados por ella. • modificación de las lipoproteínas: las dos principales modificaciones en las lipoproteínas de los diabéticos son la glicosilación no enzimática y la modificación oxidativa, ambas determinan un mayor potencial aterogénico.

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Figura 42.3. Hiperglucemia y daño vascular

Se ha estudiado la inhibición de todas estas vías patogénicas en modelos experimentales de microangiopatía y en la mayoría de los casos se demostró eficacia (tabla 42.1). La aminoguanidina (AMG), un inhibidor de la formación de AGEs ha sido valorada en ensayos clínicos con pacientes DM1 y DM2 demostrando eficacia en la prevención de la progresión de la nefropatía y retinopatía pero con efectos adversos (anemia, elevación de ANA y ANCA). El fidarestat se ha valorado para el tratamiento de la neuropatía diabética demostrando beneficio en el control de la hiperestesia. Tabla 42.1. Estrategias terapéuticas Optimización glucémica (DCCT, UKPDs, Kumamoto) Antioxidantes (Vit C, Vit E, Se, Zn, AMG, Probucol, Troglitazona Inhibidores de la PKC (LY333531, CalphostinC, Staurosporine) Inhibidores de la GNE (AMG, OPDB-9195, Tenilsetam) Intervención sobre la iNOS: AMG Inhibidores específicos de factores de crecimiento local Inhibidores de la AR: Sorbinil, Statil, Tolrestal, Epulrestat, AG)

El nivel tisular de AGEs se puede cuantificar de forma indirecta por su señal de fluorescencia tras la digestión del colágeno tisular. Podemos observar (resultados propios) como un trasplante precoz de islotes en ratas diabéticas previene e inhibe la formación de estos productos (figura 42.4).

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Figura 42.4. Efecto del trasplante precoz de islotes sobre la formación de AGEs

OTROS FACTORES CON EFECTO ATEROGÉNICO Dislipemia diabetica La grasa abdominal excesiva, típica del diabético tipo 2, produce niveles elevados de ácidos grasos libres, y una producción excesiva de lipoproteínas ricas en triglicéridos, con una disminución de los niveles de lipoproteínas de alta densidad (HDL). Las principales anomalías lipídicas de la diabetes tipo 2 son la reducción de los niveles de colesterol-HDL y el aumento de los triglicéridos. Esto conduce a un aumento de la relación colesterol total: colesterol-HDL. La diabetes tipo 2 se asocia a un predominio de partículas LDL-C pequeñas y densas que son más susceptibles a la oxidación y más aterógenas.

Resistencia a la insulina Se ha identificado la resistencia a la insulina como un factor de riesgo independiente de enfermedad cardiovascular. Varios estudios han comprobado que la resistencia a la insulina precede al desarrollo de la diabetes tipo 2 y puede estar presente 2-3 decenios antes de su aparición. Se ha estimado que el 50% de los pacientes presenta síntomas de enfermedad macrovascular antes del diagnóstico de diabetes. La adiposidad (de predominio abdominal), típica de la DM tipo 2 puede conducir a una sobreproducción de citoquinas proinflamatorias que provocan aterogénesis, activando la producción de marcadores inflamatorios que incrementan la coagulación.

COMPLICACIONES CRÓNICAS DEL PACIENTE DIABÉTICO Nefropatía diabética Al analizar los casos nuevos de insuficiencia renal terminal, aproximadamente el 33% de éstos corresponden a nefropatía diabética (ND), lo que convierte a este padecimiento en la causa más común de enfermedad renal terminal en el mundo

occidental, es así como da cuenta de 1/3 de los pacientes en diálisis. En los pacientes diabéticos tipo1 la nefropatía es la principal causa de muerte. La prevalencia de DM tipo 2 en España es del 20% en las personas de edad superior a 65 años. De ellos, el 25% desarrollarán ND. Un 40% de estos pacientes llegará a desarrollar insuficiencia renal crónica que precise tratamiento sustitutivo. Un porcentaje no despreciable de pacientes con ND fallecerán prematuramente por causa fundamentalmente cardiovascular. Cuanto mayor es el daño renal, mayor es el riesgo de eventos cardiovasculares. Más del 80% del incremento de mortalidad cardiovascular de los pacientes diabéticos aparece en los enfermos con nefropatía. Los pacientes diabéticos tipo 1 habitualmente son pacientes jóvenes, en los que se conoce el inicio de la enfermedad y que no suelen presentar patología renal ni vascular asociada. La hipertensión aparece y evoluciona paralelamente con el daño renal incipiente. Un 30-40% de los diabéticos presentarán nefropatía diabética a lo largo de su vida. En la nefropatía diabética existen 3 cambios histológicos fundamentales a nivel glomerular: aumento de la matriz mesangial, engrosamiento de la membrana basal glomerular (MBG) y esclerosis del glomérulo. Implicación de la angiotensina II en los mecanismos de desarrollo de daño renal La angiotensina II tiene un importante papel en el desarrollo y progresión del daño renal y vascular en general en la hipertensión y en la nefropatía diabética. Su papel en el desarrollo de daño renal se debe a efectos hemodinámicos intrarrenales induciendo hiperfiltración al producir vasoconstricción de la arteriola eferente, lo que contribuye al desarrollo de hipertensión intraglomerular. La hipertensión intraglomerular junto con las alteraciones en la permeabilidad de la MBG favorecen el desarrollo de proteinuria que a su vez contribuye al daño renal. Además se ha demostrado que angiotensina II, a través de sus efectos sobre el receptor AT1 de la angiotensina II, estimula la expresión de factores de crecimiento, en especial del TGF-β, que está especialmente implicado en la producción de nefropatía diabética, principalmente en la formación de esclerosis glomerular. Así por sus efectos vasculares y tisulares la angiotensina II contribuye al desarrollo y progresión del daño vascular y renal en los pacientes con diabetes. El TGF-β contribuye a la hipertrofia celular y a la síntesis de colágeno que se observan en la nefropatía diabética, es un factor decisivo en el crecimiento e hipertrofia de la matriz mesangial, que llevará a la hipertrofia y esclerosis glomerular. La hiperglucemia aumenta la expresión del TGF- β en el glomérulo y en las proteínas de la matriz. Se ha observado una relación inversa entre los niveles de TGF- β y la renoprotección, determinada mediante los niveles de filtración glomerular. En los pacientes en los que se ha podido establecer el seguimiento de su enfermedad desde el inicio, se han definido 5 etapas evolutivas de la progresión de su enfermedad renal (figura 42.5), en función de la aparición de microalbuminuria, proteinuria o insuficiencia renal. La evidencia clínica más precoz de presencia de nefropatía diabética es la demostración de una elevación del filtrado glomerular (Ccr>120 ml/min/1,73 m2), y la detección persistente de niveles anormales, aunque sean bajos, de albúmina en orina (tabla 42.2). La evolución de la presión arterial y de la proteinuria son marcadores de la evolución de la nefropatía diabética. La visión homogénea de la evolución del daño renal producido en los diabéticos tipo 1 no suele tener paralelismo en los diabéticos tipo 2, en los que la DM aparece habitualmente en la 4ª o 5ª década de la vida. Los pacientes diabéticos tipo 2, antes del desarrollo de la diabetes, presentan ya alteración sobre los tejidos y, por tanto también sobre el riñón, secundarios al envejecimiento, hipertensión arterial, tabaquismo, obesidad, etcétera. Estos hechos condicionan de forma fundamental la respuesta renal al efecto inducido por los cambios metabólicos de la DM y complicarán de forma importante la evolución de la enfermedad renal en dichos pacientes. Aunque en la DM 2 se mantienen los mismos criterios básicos de clasificación del daño renal que los establecidos por Mogensen para la diabetes tipo 1, marcados fundamentalmente por la aparición de microalbuminuria, proteinuria e insuficiencia renal, hay que tener presente en los pacientes con DM 2 que en muchas ocasiones no

conocemos la fecha de comienzo de la propia diabetes, que puede preceder por término medio 10 años a la fecha del diagnóstico clínico de la misma.

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( 04& &*( & *( " ,5(& &C"& & , ( +" ( * 0*, * '*(*, " *( * , &)2 0" , Figura 42.5. Etapas evolutivas de la progresión de su enfermedad renal

Muchos pacientes presentan cambios renales funcionales, hipertensión y microalbuminuria, que incluso anteceden al diagnóstico de diabetes. Los pacientes con DM 2 pueden tener, debido a su edad, mayor probabilidad de daño renal secundario a otras patologías primarias que pueden asociarse a la diabetes. Si bien con menor fidelidad que en la DM 1, la falta de asociación de retinopatía diabética y la rápida progresión de la insuficiencia renal deben hacer sospechar la asociación de otras patologías diferentes a la diabetes. Tabla 42.2. Excreción urinaria de albúmina

Normal Microalbuminuria Proteinuria

Orina 24 h (mg/24 h)

Muestra orina aislada cociente albúmina/creatinina (mg/g ó µg/mg)

Orina minutada (µ µg/mg)

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La evolución de la excreción urinaria de albúmina y de la hipertensión arterial marca de forma definitiva la progresión de la pérdida de función renal y de la mortalidad cardiovascular. Además, el tratamiento de la hipertensión junto con el de otros factores que condicionan la progresión del daño renal, especialmente el bloqueo del sistema renina angiotensina (SRA), pueden no sólo enlentecer la progresión del daño renal, sino revertir la evolución, con el paso de proteinuria a microalbuminuria o incluso normoalbuminuria, lo que tendrá una repercusión vital en el futuro del paciente La evolución natural de la pérdida de función renal en los pacientes con nefropatía diabética desde el inicio de proteinuria, dejados a su evolución, es por término medio 12 ml/min/año. Algunas intervenciones desafortunadas pueden acelerar el deterioro de la función renal, como la utilización de agentes nefrotóxicos. El control de la glucemia y sobre todo de la HTA puede enlentecer la tasa de deterioro de la función renal.

Los estudios BENEDICT, IRMA 2, MICROHOPE, IDNT y RENAAL han demostrado que la inhibición del SRA puede enlentecer la progresión del daño renal, de forma adicional a lo aportado por el adecuado control de la HTA. Diversos estudios ha demostrado el beneficio del tratamiento con irbesartán, losartran y ramipril en pacientes con DM 2 en una reducción significativa en la progresión de microalbuminuria a macroalbuminuria. Posteriores estudios han demostrado el beneficio del valsartran y trandolapril en la prevención de la microalbuminuria. El objetivo de detener la progresión es posible en algunos casos de control estricto de la diabetes, HTA y bloqueo del SRA, siempre que la actuación sea lo suficientemente precoz. Igualmente es posible mejorar la función renal en pacientes que reciben un trasplante pancreático. La microalbuminuria, además, es un marcador de morbimortalidad cardiovascular aumentada. El hallazgo de microalbuminuria es una indicación de ampliar el estudio y la intervención sobre otros factores de riesgo cardiovascular: lípidos, HTA, tabaco, sedentarismo. Sin una detección precoz e intervención específica, la presencia de microalbuminuria en la DM evoluciona en el tiempo hacia albuminuria y nefropatía manifiestas, y con posterioridad hacia insuficiencia renal. La microalbuminuria rara vez aparece en la DM tipo 1 de comienzo reciente. Aproximadamente un 80% de los pacientes con DM tipo 1 que desarrollan microalbuminuria persistente llegan a albuminuria clínica o nefropatía manifiesta en un plazo de 10-15 años. En esta última situación, sin intervención específica, el aclaración de creatinina desciende a un ritmo variable según individuos (2-20 ml/min/año). Un 50% de pacientes con nefropatía manifiesta desarrollan insuficiencia renal crónica terminal en un periodo de 10 años. Una proporción elevada de pacientes con DM tipo 2 presentan microalbuminuria poco tiempo después del diagnóstico de su diabetes. Sin una intervención específica, el 20-40% progresarán hacia nefropatía manifiesta, y una vez detectada ésta sólo el 20% lo harán hacia insuficiencia renal terminal. Este comportamiento justifica el diferente momento en el que hay que iniciar el despistaje de la microalbuminuria según estemos ante una DM tipo 1 ó 2, será en el momento del diagnóstico de la DM2 y a partir de los 5 años de evolución de la DM1. Si es positiva, y una vez descartadas condiciones clínicas que puedan inducirla, la medición cuantitativa de la proteinuria es frecuentemente útil para el control evolutivo de un plan terapéutico correcto. En este despistaje inicial, si la microalbuminuria es negativa, se debe repetir anualmente. Caso de ser positiva, como consecuencia de la variabilidad de la excreción de albúmina por orina de un día a otro, y si no hay situaciones clínicas que puedan justificarla, es necesario confirmar la positividad de la microalbuminuria en 2-3 muestras de orina, a lo largo de un periodo de 3-6 meses. Sólo en este último caso se puede hablar realmente del diagnóstico de microalbuminuria e iniciar el tratamiento adecuado.

Enfermedad cardiovascular La enfermedad cardiovascular es especialmente elevada en los pacientes con diabetes mellitus. La enfermedad cardiovascular es entre 2-4 veces más frecuente que en la población general. Los estudios de Framingham no sólo demostraron un mayor riesgo cardiovascular sino que éste es, además, superior en las mujeres. Más de un 75% de los pacientes diabéticos fallecen de un episodio cardiovascular; la existencia de una alteración de los hidratos de carbono aumenta la mortalidad de cualquier evento cardiovascular. La intolerancia a la glucosa es también un factor de riesgo cardiovascular y debe ser considerada como una variable continua; es decir, los pacientes con intolerancia a la glucosa presentan un mayor riesgo que los pacientes con un metabolismo normal e inferior a los pacientes con diabetes. La presencia de albuminuria es un marcador de riesgo de enfermedad cardiovascular, más que de nefropatía, en los pacientes con diabetes mellitus tipo 2. En el estudio de Haffner se demuestra como la condición de ser diabético confiere tanto riesgo cardiovascular como haber padecido previamente un IAM. Estos datos y los de otros estudios (CARDS, HPS) condujeron al National Cholesterol Education Program (NCEP) a declarar que los pacientes con diabetes tipo 2 tenían un riesgo

cardiovascular equivalente a aquellos que habían tenido una enfermedad cardiovascular y son pues pacientes con alto riesgo cardiovascular subsidiarios de una intervención terapéutica del tipo prevención secundaria . Conclusiones acerca de microalbuminuria, proteinuria y riesgo vascular en la diabetes mellitus •

la enfermedad cardiovascular es la causa más frecuente de mortalidad en los pacientes con diabetes mellitus. • la albuminuria es el principal marcador de riesgo cardiovascular. La HTA es el factor de riesgo asociado, no metabólico, más relevante en la enfermedad diabética • el bloqueo a la acción de la angiotensina II mediante los inhibidores de la ECA o ARA II, reducen los episodios cardiovasculares y la nefropatía diabética. Está demostrado en estudios recientes que el control intensivo de la glucemia (HbA1c