Post-translational modifications in liver disease

Resumen

La enfermedad hepática crónica es un término que incluye una larga lista de patologías hepáticas y que suele finalizar con la pérdida de integridad del parénquima hepático degenerando en cirrosis y carcinoma hepatocelular (CHC). La enfermedad hepática crónica puede estar causada por distintas etiologías, como la infección por los virus de la hepatitis B y C, toxinas, consumo de alcohol y drogas, enfermedades autoinmunes y hereditarias y la enfermedad del hígado graso no alcohólica (EHGNA). Se han investigado múltiples mecanismos moleculares que dan lugar a la enfermedad hepática crónica, aunque hoy en dia la contribución de las modificaciones postraduccionales a esta enfermedad es un área aún por estudiar. Las modificaciones postraduccionales (PTM) se producen por la conjugación reversible de una proteína o un grupo funcional a determinada proteína diana. Las PTM regulan tanto la activación como la inactivación de sus proteínas dianas, e inducen cambios en la localización celular, degradación/estabilidad, formación de complejos, etc. Dentro de las modificaciones postransduccionales, nuestros estudios se han dirigido a las denominadas ¿Ubiquitin like¿ (UBL), que incluyen todas las modificaciones ocasionadas por proteínas cuya función sea similar a la ubiquitina. Se estima que hay alrededor de 16 UBL con funciones y actividades distintas. Todas ellas comparten un ciclo de vida parecido con similitudes en su activación y procesamiento. Hoy en día, hay tres UBL que concentran la atención de la mayoría de las investigaciones: la ubiquitina, SUMO y NEDD8. NEDD8 (Neural precursor cell expressed developmentally downregulated-8) es una de las UBL más similares a la ubiquitina (59%) pero tiene dianas y funciones completamente distintas. La principal función de NEDD8 consiste en estabilizar las proteínas a las que modifica alargando su vida media. La proteína diana mejor conocida de esta UBL son las conocidas como ¿cullins¿ que forman parte de los complejos cullin-RING-ligases (CRL). Las CRL son complejos E3 que ubiquitinizan a una gran variedad de proteínas involucradas en distintos procesos celulares como el ciclo celular, crecimiento celular, replicación del ADN, y transmisión de señales. Recientemente, se han identificado nuevas dianas de NEDD8 diferentes a las CRL como son Mdm2, TßRII y HuR. Por su parte, SUMO (small ubiquitin-related modifier) es una UBL que está compuesta por 3 isoformas: SUMO1, SUMO2, y SUMO3. La unión de SUMO a diferentes proteínas diana esta mediada por una secuencia consenso para este motivo, y las modificaciones que provoca tienen varias funciones en su correspondiente diana. Entre las más relevantes se encuentran cambios en la localización celular y la actividad de la proteína diana, así como su capacidad de interacción con otras proteínas para la formación de diferentes complejos macromoleculares. El principal objetivo de este proyecto es el estudio de la contribución de las modificaciones postraduccionales al desarrollo de la enfermedad hepática crónica derivada del hígado graso no alcohólico en sus diferentes estadios: esteatosis, fibrosis y CHC.La EHGNA es una de las principales enfermedades hepáticas crónicas en los países desarrollados, y se encuentra asociada a factores de riesgo del síndrome metabólico (obesidad, resistencia a la insulina, dislipidemia e hipertensión), incluyendo alteraciones como la esteatosis hasta la esteatohepatitis no alcohólica (EHNA). Una alta proporción de pacientes con EHGNA sufren alteraciones en el metabolismo de la metionina y la S-adenosylmetionina (SAMe). SAMe es el principal donante de grupos metilo en el organismo y su síntesis está controlada por las enzimas metionina adenosiltransferasa (MAT) y glicina N-metiltransferasa (GNMT). GNMT metaboliza SAMe en la célula evitando su acumulación. En humanos, la pérdida de la expresión o la actividad de GNMT conlleva el desarrollo de EHNA, cirrosis y CHC. Centrándonos en el desarrollo de EHNA, hemos identificado recientemente que es la pérdida de la capacidad autofágica del hígado es uno de los mecanismos por los que se induce la acumulación de vesículas lipídicas en el hígado en ausencia de GNMT. En la autofagia, la célula recicla componentes citoplasmaticos mediante su secuestro en vacuolas y posterior fusión con lisosomas donde son degradados. En el modelo de ratón GNMT-KO (que desarrolla de forma totalmente espontanea EGHNA, cirrosis y CHC por la acumulacion crónica de SAMe) descubrimos que la autofagia estaba inhibida en los hepatocitos debido a una disfunción lisosomal. Este efecto resultó estar mediado por la regulación de la actividad de la fosfatasa PP2A a través de su metilación.Uno de los principales riesgos en el desarrollo de la enfermedad crónica EGHNA es su progresión a fibrosis, cirrosis y CHC. Durante la fibrosis se genera una matriz extracelular compuesta por colágeno y otras proteínas extracellulares. La célula principal implicada en la repuesta fibrótica es la célula estrellada (HSC). Las HSC se encuentran de un modo inactivo en un hígado sano presentando gotas de vitamina A en su citoplasma. Tras el daño hepático estas células se activan, reduciendo sus niveles de vitamina A, aumentando su motilidad y su producción de colágeno. Las HSC son actualmente una diana para el tratamiento de la fibrosis aunque todavía no se ha descubierto un tratamiento efectivo que pueda evitar o reducir su activación o inducir su muerte vía apoptosis. Nuestros resultados muestran que la PTM NEDD8 se encuentra aumentada en ratones y pacientes humanos con fibrosis. Este aumento ocurre en los principales tipos celulares del hígado: el hepatocito, la célula estrellada, y las células proinflamatorias de Kupffer. Por tanto, inhibiendo la NEDDilización se previno la aparición de la fibrosis en ratones en diferentes modelos de esta patología. Es importante señalar que la inhibición de esta PTM afecta de forma diferente a los distintos tipos celulares en el contexto fibrótico. En hepatocitos, la inhibición de la nedilizacion protege de la apoptosis, mientras que en las células de Kupffer previene la activacion y en las HSC induce la respuesta apoptótica a través de la estabilización de c-Jun. Nuestros resultados demuestran la importancia de la PTM NEDD8 en el desarrollo y la regresión de la fibrosis.Los pacientes cirróticos pueden progresar a CHC, siendo ésta la tercera causa de muerte por cáncer. El CHC aparece por la modulación (activación/inhibición) de diversas rutas de proliferación que se activan en los hepatocitos. La quinasa hepática B1 (LKB1) identificada previamente como un supresor de tumores por su habilidad en activar AMPK e inducir muerte celular se ve aumentada en pacientes con un CHC avanzado. En ausencia de GNMT tanto en pacientes como en el modelo de raton GNMT-KO, la actividad de LKB1 se encuentra inducida y se requiere su presencia para el desarrollo de fibrosis y CHC como se demuestra en el hígado completamente sano que presentan el modelo de raton doble KO Stk11/GNMT donde se anula la expresión de LKB1 en un entorno donde GNMT esta bloqueado. La característica que define la actividad protumoral de LKB1 en el hígado es su asociación con la via de RAS. Hemos podido identificar que tanto la inducción como el silenciamiento de LKB1 en modelos in vivo de ratón, así como en celulas de hepatoma, regula los niveles del activador de la via RAS, RAGRP3. Este hecho se produce tanto a nivel de ARN mensajero como de proteína. En este contexto es importante señalar que en CHC se detecta un aumento de la localización nuclear de LKB1 a pesar de que no se produzcan cambios significativos en su proteína adaptadora STRAD¿. Nuestros resultados demuestran que LKB1 se encuentra SUMOilado por SUMO2 y que esta modificación es la responsable de la pérdida de unión a STRAD¿ y de su posterior retención en el nucleo. Esta SUMOilación ocurre en la lisina 178 que se localiza dentro de la secuencia consenso para SUMO en LKB1. La SUMOilación de LKB1 aumenta en un entorno hipóxico característico de los tumores y requiere un paso previo de acetilación para que se produzca. La Sumoilacion de LKB1 y su localización nuclear confiere ventajas proliferativas y un mayor rendimiento metabólico a los tumores hepáticos. LKB1 nuclear actúa como un factor de transcripción regulando la actividad de genes proliferadores entre ellos RASGRP3. En conclusión, nuestros resultados muestran que las modificaciones postraduccionales tienen una contribución importante en la aparición de las distintas fases de la enfermedad crónica hepática. En esteatosis, la metilación contribuye a inhibir la autofagia mientras que la NEDDilización facilita la aparición de fibrosis. Finalmente la SUMOilación de la proteína LKB1 facilita la supervivencia y replicación de del tumor hepático.