La proteína tau es una proteína asociada a microtúbulos y especialmente abundante en cerebro. Esta proteína está codificada por el gen MAPT, localizado en el cromosoma 17 en humanos y en el cromosoma 11 en ratón. A partir de un solo gen, se generan las distintas isoformas de tau por splicing alternativo. La presencia o proporción en la que se encuentra cada isoforma varía en función de la etapa del desarrollo o su localización, ya sea tanto en el Sistema Nervioso Central (SNC) como en el Sistema Nervioso Periférico (SNP). La interacción de tau con los microtúbulos tiene lugar a través de cuatro dominios de unión, codificados por los exones 9-12 y se denominan R1-R4.
La combinación de splicing alternativo del exón 2, 3 y 10 es lo que da lugar a las seis isoformas principales de tau que se encuentran en el SNC. Las seis isoformas presentes en el SNC se generan por la presencia o ausencia de los exones 2 y 3 del extremo N-terminal y el exón 10, el cual codifica para el segundo dominio de unión a microtúbulos R2. La retención del exón 10 da lugar a un conjunto de isoformas de tau con cuatro repeticiones del dominio de unión, denominadas 4R-Tau, mientras que el conjunto de isoformas que no retienen este exón son denominadas 3R-Tau. Estas últimas, debido a la ausencia de uno de los dominios de unión, presentan menor afinidad por los microtúbulos y favorece la inestabilidad microtubular. La proporción de las isoformas 3R-Tau y 4R-Tau varía en función también del organismo. Por ejemplo, ambas isoformas van aumentando con la edad llegando a una proporción 50-50 en el cerebro adulto humano, mientras que en ratones adultos las isoformas 4R-Tau son predominantes y las isoformas 3R-Tau quedan restringidas a regiones propias de la neurogénesis adulta como el hipocampo.
Varias enfermedades neurodegenerativas, entre las que se encuentran la enfermedad de Alzheimer (AD), síndrome de Down, parálisis supranuclear progresiva, esclerosis lateral amiotrófica, enfermedad de Pick, degeneración corticobasal y demencias frontotemporales agrupados como “demencia frontotemporal con parkinsonismo ligado al cromosoma 17” (FTDP-17), presentan filamentos compuesto de la proteína tau como característica neuropatológica. Estas enfermedades se denominan colectivamente tauopatías y apoyan la hipótesis de que tau juega un papel causal en la neurodegeneración.
Las funciones de la proteína tau varían en función de su localización. A pesar de que su localización y función principal es estabilizar el citoesqueleto microtubular axonal de las neuronas, se han descrito nuevas funciones de tau debido fundamentalmente a su localización celular que no es exclusivamente axonal. Se ha asociado tau con la membrana plasmática, fracciones de la cromatina o las espinas dendríticas. También existe tau nuclear, lo que puede explicar el papel alternativo de tau como proteína asociada a los ácidos nucleicos o por una función de protector de DNA en condiciones de estrés frente a especies reactivas de oxígeno (ROS). Además, tau participa en la maduración neuronal puesto que su ausencia tiene como consecuencia un retraso en la maduración dendrítica y su arborización se ve alterada, así como la formación de las densidades postsinápticas.
El grado de fosforilación de la proteína tau también es algo fundamental en su función, debido a que un aumento de la fosforilación de tau se traduce a una reducción de su afinidad por los microtúbulos, provocando una inestabilidad y dinamismo en el citoesqueleto neuronal.
A pesar de que tau es principalmente una proteína neuronal, se ha demostrado su presencia en varios tipos de células y tejidos, incluyendo músculos denervados de rata, monocitos, espermátida testicular, fibroblastos de piel, y de células de cáncer de próstata humano. Su nivel de expresión en varios cánceres humanos se ha relacionado con la resistencia a los tratamientos antimitóticos, aunque la proteína tau aumenta en gliomas menos agresivos. Además, se pueden encontrar niveles de proteína tau y a nivel de RNA en los distintos tejidos y tipos celulares, como en riñón. Estudios previos han descrito la expresión de tau en muestras renales de cerdos y ratas. En humanos también se ha observado su expresión, tanto a nivel proteico como de RNA (https://www.proteinatlas.org/ENSG00000186868-MAPT). Sin embargo, se ha prestado poca atención a la distribución de tau en el riñón y se desconoce en gran medida su significado funcional.
TAU EN RIÑÓN
El riñón es un órgano vital del sistema urinario que posee diferentes estructuras y funciones. Las principales estructuras son los glomérulos renales que se encuentran en la corteza renal y cuya función es clarificar y filtrar el plasma sanguíneo y los túbulos renales que se encuentran en la médula renal, la capa interna del riñón, y son los responsables de modificar la composición del ultrafiltrado que han llevado a cabo los glomérulos por procesos como la reabsorción y la secreción.
En nuestro laboratorio se ha descrito gracias a la línea transgénica knock-in/knock-out de TauGFP, la cual presenta la secuencia codificante de eGFP insertada en el primer exón del gen de la proteína tau (Mapt) asociada a microtúbulos, que el riñón presenta una expresión del promotor endógeno de tau en ratones TauGFP/GFP (ratones knock-out para tau) comparable al cerebro. Debido a que los valores estaban en la misma escala de valor, decidimos estudiar mejor la proteína tau en riñón y cual podría ser su significado funcional en este órgano.
Una de las primeras preguntas que quisimos responder fue si el tau que estábamos viendo era el conocido como Big tau, forma generada por splicing y que mantiene el exon4A, ya que esta isoforma de tau es propia del Sistema Nervioso Periférico y no hubiera sido de extrañar que al ser un riñón un órgano periférico estuviera presente. Por PCR y westernblot se confirmó que en riñón no hay Big tau, sino fundamentalmente las isoformas 4R-Tau, al igual que ocurre en el cerebro de ratones adultos.
Tau no se encuentra en todo el órgano, al igual que ocurre con el cerebro, sino que se encuentra solo en la corteza renal, en concreto en los podocitos glomerulares renales.
Esto lo confirmamos con la colocalización tanto de la proteína tau como de la proteína GFP con la proteína nefrina por inmunofluorescencia. Utilizamos la nefrina como marcador de podocitos, ya que es una proteína que se encarga de unir los podocitos y es una de las moléculas asociadas a la barrera de filtración más importantes en el riñón. En la misma inmunofluorescencia observamos como los niveles de nefrina disminuían de forma proporcional a los niveles de tau siendo los silvestres los que más señal de nefrina mostraban, seguido de los hemicigotos (TauGFP/+) con solo una copia de tau y por último los knock-out de tau (TauGFP/GFP). Estos datos se reconfirmaron por Western Blot.
Para ir un paso más allá y poder ver si el tau estaba en los podocitos y si la morfología de los glomérulos o podocitos cambian en presencia o ausencia de tau recurrimos a la microscopía electrónica. Llevamos a cabo una detección inmunológica por microscopía electrónica con oro coloidal, la cual nos permitió reconfirmar que tau se encuentra en los podocitos y en concreto en los pies de los podocitos (Figura 1). Gracias a la tinción con acetato de uranilo y citrato de plomo que se realiza para estudios ultraestructurales, pudimos observar las estructuras de los glomérulos renales y observar diferencias drásticas entre los glomérulos de los ratones silvestres y los TauGFP/GFP.
Algo frecuente en enfermedades glomerulares es el emborronamiento o la fusión de los pies de los podocitos, pero, a pesar de observar una reducción del 50% de la nefrina en los TauGFP/GFP, no observamos diferencias en los diafragmas de hendidura que forman la barrera de filtración glomerular. Sin embargo, cuando observamos el glomérulo a bajos aumentos, podemos observar una clara diferencia entre ambos. Mientras que en los animales Tau+/+ podemos distinguir perfectamente los vasos sanguíneos, en los TauGFP/GFP es más difícil, debido a un aumento de la matriz extracelular. Este aumento de matriz extracelular en ocasiones puede contribuir a la insuficiencia renal y apuntaba un daño glomerular en los ratones con ausencia de tau. Para confirmar el daño glomerular se cuantificó la presencia de macrófagos infiltrados en los glomérulos con el marcador CD68 y observamos unas diferencias significativas que nos confirmaban, una vez más, que la proteína tau es esencial en la regulación de la homeostasis renal.
Los podocitos glomerulares presentan una morfología muy arborizada, al igual que ocurre en las neuronas. Ambos tipos celulares tienen delgadas proyecciones basadas en actina en el proceso del pie en el caso de los podocitos y en las espinas dendríticas en las neuronas, pudiendo considerarse en este sentido estructuras análogas. Todos nuestros resultados sugieren que la isoforma principal de los podocitos, 4R-Tau, parece ser importante para mantener la estructura del citoesqueleto de estas células que son altamente polarizadas. Estudiamos también los niveles de Tyr-α-tubulina, marca postraduccional que se puede utilizar como un ensayo indirecto de la dinámica de los microtúbulos. Observamos que los niveles de Tyr-α-tubulina son más altos en animales TauGFP/GFP, lo que nos indica que los microtúbulos son más dinámicos y, por tanto, tau tiene un papel importante en el mantenimiento del citoesqueleto de los podocitos glomerulares.
A pesar de todos los avances de nuestro laboratorio para entender la función de tau en riñón, es necesaria más investigación para conocer y entender mejor su efecto en los podocitos, así como para conocer su similitud o no con las espinas dendríticas neuronales. Sin embargo, es remarcable que tau puede unirse a la actina y esta unión es la que facilita la interacción entre los microtúbulos y el citoesqueleto de actina. Sin embargo, nuestros resultados no permiten afirmar que dicha interacción existe en muestras renales, aunque, es algo que se debe estudiar en un futuro.
TAU Y FUNCIONES FISIOPATOLÓGICAS EN RIÑÓN
El hecho de que tau se exprese en podocitos, como hemos demostrado, abre la posibilidad a que la proteína tau pueda desempeñar funciones fisiopatológicas en el riñón. Todos nuestros resultados subrayan la importancia de la proteína tau en la biología glomerular.
En nuestro laboratorio se ha demostrado que la ausencia de la proteína tau produce cambios en la estructura glomerular, sugiriendo la existencia de mecanismos compensatorios llevados a cabo por otras proteínas asociadas a los microtúbulos renales durante el desarrollo. Una de las proteínas que podrían encargarse de esta compensación por falta de tau en el glomérulo es la proteína KIBRA. Esta proteína colocaliza con la actina y la tubulina en los podocitos de los glomérulos.
Al observar la importancia de tau en la biología glomerular pensamos que pacientes con tauopatías con mutaciones en tau, como ocurre en la demencia tipo FTDP-17, deberían presentar algún tipo de patología renal y así se ha descrito, pero sin saber que estos pacientes pueden tener daño renal a consecuencia de una mutación en el gen MAPT, ya que hasta ahora solo se ha estudiado la proteína tau en el Sistema Nervioso.
Estos pacientes suelen desarrollar infecciones del tracto urinario, aunque en el momento de la escritura de los trabajos esos problemas se explicaban como problemas médicos secundarios asociados a la inmovilidad, pero esa idea ha cambiado. Además, algunos pacientes con la mutación P301L, la mutación N279K o con la mutación +16 en el intrón tras el exón 10 presentan incontinencia urinaria.
En resumen, nuestro trabajo muestra que los podocitos renales expresan la proteína tau, proteína que es capaz de regular la dinámica de los microtúbulos de estas células. Su ausencia es capaz de alterar la morfología de los glomérulos y provocar un daño glomerular que se traduce en un proceso inflamatorio como hemos demostrado al detectar mayor número de macrófagos en los glomérulos de los animales carentes de proteína tau. Es así, como la proteína tau parece tener un papel adicional fuera del Sistema Nervioso, al menos en los podocitos renales.
PARA LEER MÁS
Vallés-Saiz L, Peinado-Cahuchola R, Ávila J, Hernández F. “Microtubule-associated protein tau in murine kidney: role in podocyte architecture”. Cell Mol Life Sci. 79(2022):97
Pallas-Bazarra N, Jurado-Arjona J, Navarrete M, Esteban JA, Hernández F, Ávila J, Llorens-Martín M. “Novel function of Tau in regulating the effects of external stimuli on adult hippocampal neurogenesis”. EMBO J. 35(2016):1417-36.
Li X , Chuang PY, D’Agati VD, Dai Y, Yacoub R, Fu J, Xu J, Taku O, Premsrirut PK, Holzman LB, He JC. “Nephrin Preserves Podocyte Viability and Glomerular Structure and Function in Adult Kidneys”. J Am Soc Nephrol. 26(2015):2361-77
Duning K, Schurek E-M, Schlüter M, Bayer M, Reinhardt H-C, Schwab A, Schaefer L, Benzing T, Schermer B, Saleem MA, Huber TB, Bachmann S, Kremerskothen J, Weide T, Pavenstädt H. “KIBRA modulates directional migration of podocytes. J Am Soc Nephrol 19(2008):1891-903.
Kobayashi N, Gao S-Y, Chen J, Saito K, Miyawaki K, Li C-Y, Pan L, Saito S, Terashita T, Matsuda S. “Process formation of the renal glomerular podocyte: Is there common molecular machinery for processes of podocytes and neurons?” Anatomical Science International, 79(2004), 1–10.
