Desde hace ya algún tiempo, en nuestro grupo de investigación estudiamos los mecanismos que están implicados en la muerte neuronal por apoptosis y su posible relación con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y otras tauopatías, patologías que transcurren con el depósito intracelular de una proteína llamada Tau en forma de agregados. Así, usando cultivos primarios de neuronas de rata hemos observado que cuando dejan de recibir estímulos, estas neuronas mueren y lo hacen por apoptosis, un mecanismo de muerte que da como resultado que la célula es eliminada sin que su contenido se libere, y por tanto, sin que se genere inflación y dolor. En estos estudios encontramos que hay proteínas, llamadas proteínas quinasas (modifican a otras proteínas añadiéndoles un grupo fosfato y así modulan su función), que regulan el proceso de apoptosis, sobre todo mediando en la activación de proteasas que son las que proteolizan (rompen) a otras proteínas y así llevan a cabo el proceso de “demolición” de las células que lo sufren. Esas proteasas se denominan caspasas (1-3).
Los datos clínicos muestran la mayor incidencia de Alzheimer en personas que padecen diabetes tipo II, pero la relación entre ambas permanece oculta. Nosotros hicimos un planteamiento diferente, y nos fijamos en que una de las características de la diabetes tipo II es un aumento de solutos circulantes en sangre, notablemente glucosa, y por tanto, las células en estas condiciones estaban sometidas a un medio más osmolar (hiperosmolar). En estas condiciones, llamadas de manera genérica como estrés hiperosmolar, las células responden perdiendo agua para adaptarse a ese medio externo en un intento de bajar su osmolaridad. Para simular estas condiciones de hiperosmolaridad, pero sin hiperglucemia, utilizamos sorbitol, químicamente muy similar a la glucosa.
Así, cuando sometíamos a neuroblastos humanos a un estrés hiperosmolar con sorbitol, observábamos que la proteína Tau se proteolizaba (rompía) generando un fragmento más pequeño de la misma que permanecía estable. Desde el inicio del estrés hiperosmolar, los neuroblastos sufren un cambio morfológico, las células se arrugan, y al cabo de 6-8 horas después de un estrés hiperosmolar de 0,5-1 hora, las células morían. Encontramos que muy rápidamente, en la primera media hora tras el estrés hiperosmolar, se activaban tres tipos de proteasas celulares, las caspasas, las catepsinas y las calpaínas. Utilizando inhibidores de estas proteasas encontramos que sólo la inhibición de las caspasas bloqueaba la proteólisis de Tau y la muerte de los neuroblastos (4).
Estudiamos entonces cómo se podría regular esta activación de caspasas, y en concreto de la caspasa 3, que era la responsable de la proteólisis celular. Para ello analizamos qué proteínas quinasas se activaban por el estrés hiperosmolar con sorbitol. Observamos que muy rápidamente, en pocos minutos, se activaban todos los componentes de un grupo de proteínas quinasas denominadas MAPK, y de entre ellas las ERKs, y las proteínas quinasas activadas por estrés, las p38s y las JNKs. Utilizando inhibidores específicos de cada una de estas vías encontramos que sólo la inhibición de las JNKs bloqueaba la activación de la caspasa 3 y también la proteólisis de Tau. Por tanto, este modelo nos permitió concluir que la hiperosmolaridad activa a las MAPK, y que de entre ellas, la activación de JNK es la responsable de la activación de la caspasa 3 y de la proteólisis de Tau (figura 1) (5).
En futuros estudios trataremos de ver si esta forma proteolizada de Tau también se agrega, si participa en la muerte neuronal observada y buscaremos inhibidores de JNKs que puedan tener uso farmacológico.
Referencias:
- Mora A, et al. (2001) Lithium inhibits caspase 3 activation and dephosphorylation of PKB and GSK3 induced by K1 deprivation in cerebellar granule cells. Journal of Neurochemistry 78, 199-206.
- Mora A, et al. (2002) Lithium blocks the PKB and GSK3 dephosphorylation induced by ceramide through protein phosphatase-2A. Cellular Signalling 14, 557– 562.
- Mora A, et al. (2002) Different dependence of lithium and valproate on PI3K/PKB pathway. Bipolar Disorders 4, 195–200.
- Olivera Santa-Catalina M, et al. (2016) Hyperosmotic Stress Induces Tau Proteolysis by Caspase-3 Activation in SH-SY5Y Cells. Journal of Cellular Biochemistry 117, 2781–2790.
- Olivera Santa-Catalina M, et al. (2017) JNK signaling pathway regulates sorbitol-induced Tau proteolysis and apoptosis in SH-SY5Y cells by targeting caspase-3. Archives of Biochemistry and Biophysics 636, 42–49.