Papel de proteínas de la familia Bcl-2 en el estrés metabólico. Implicación en cáncer y en daño neuronal por isquemia

Abstract

La apoptosis es un proceso biológico fuertemente conservado a lo largo de la evolución que consta de un sistema de regulación complejo en el que intervienen gran cantidad de proteínas, en su mayoría relacionadas con la regulación del proceso a nivel de la mitocondria. Muchas de estas proteínas pertenecen a la familia de proteínas Bcl-2. La apoptosis es considerada un proceso fundamental para el correcto desarrollo del organismo y para la prevención de ciertas afecciones como el cáncer. Por el contrario, también parece ser la responsable de diferentes dolencias como las secuelas producidas por infartos cerebrales.

Los dos objetivos principales de este trabajo son, por un lado, tratar de establecer (si la existe) una relación entre las proteínas de la familia y el proceso neurodegenerativo provocado por la isquemia cerebral utilizando como modelo de estudio la privación de oxígeno y glucosa (OGD, del inglés Oxigen Glucose Deprivation) en neuronas primarias de ratón. Por otro lado, tratar de encontrar el posible papel que puede jugar la proteína de reciente identificación ApoL2 en el proceso apoptótico frente a diferentes inductores de apoptosis por las diferentes vías de ejecución.

La isquemia provocada por una insuficiencia en la irrigación sanguínea en el cerebro produce daños neurodegenerativos qué pueden llevar incluso a la muerte del individuo. Tradicionalmente se le atribuía a la necrosis la muerte producida por esta afección, pero en los últimos 20 años diversos estudios han arrojado más luz al asunto explorando el papel de las proteínas de la familia Bcl-2 en el modelo isquémico.

Algunos autores han descrito protección mediante el uso de ciclosporina A frente a la OGD in vitro y a la isquemia cerebral inducida, in vivo. Otros por su parte, previenen parcialmente la muerte neuronal gracias al empleo del inhibidor de necroptosis necrostatina-1.

Los resultados obtenidos sobre la proteína ApoL2 es que se trata de una proteína ubicua, con distribución homogénea no asociada a ningún orgánulo ni es excretada fuera de la célula. ApoL2 no pertenece a las denominadas proteínas “BH3-Only”, no hemos conseguido obtener indicios de que su sobreexpresión potencie o proteja frente a la muerte inducida por proteínas BH3-Only (Bmf y Noxa). También hemos visto como su silenciamiento no modifica la tasa de muerte provocada por diferentes promotores de muerte celular. Por otro lado, como ocurre con alguna otra proteína de la familia Bcl- 2, parece que ApoL2 puede regular en cierta medida la autofagia. Nuestros experimentos al respecto reducen su acción a la autofagia basal sugiriendo que no interviene en la ruta de regulación de la autofagia inducida.

En lo referente al estudio isquémico, nuestros resultados sugieren que el tratamiento OGD + recuperación induce sobreexpresión de diferentes genes de proteínas de la familia Bcl-2 así como el silenciamiento de Noxa (una de las moléculas que parecen inducidas tras OGD) protege del daño neuronal provocado por el tratamiento. Esto sugiere que parte de la muerte celular que estamos detectando ocurre debido a la acción de Noxa que es inducido (según nuestros resultados) por la proteína ATF4. No obstante, esta muerte celular no parece ser mediante apoptosis, ya que no hemos encontrado activación de las caspasas y el uso de inhibidores no afecta el resultado del tratamiento.

Los experimentos realizados inhibiendo la apertura del poro de permeabilidad de la mitocondria sugieren que parte de la muerte del modelo se produce por la ruta necrótica. Dado que la inhibición de la necroptosis en este modelo también protege a las neuronas, podemos concluir que otra parte de la población muere mediante la ruta necroptótica.

El estudio de la autofagia en este modelo nos sugiere que juega un papel dual. En la fase aguda provoca muerte celular por autofagia, pero en la recuperación, la autofagia es una ruta principalmente protectora.

Apoptosis is a strongly conserved biological process throughout evolution that consists of a complex regulatory system in which a large number of proteins intervene, mostly related to the regulation of the process at the level of the mitochondria. Many of these proteins belong to the Bcl-2 protein family. Apoptosis is considered a fundamental process for the correct development of the organism and for the prevention of certain conditions such as cancer. On the contrary, it also seems to be responsible for the sequelae produced by stroke.

The two main objectives of this work are, on the one hand, to try to establish a relationship between the proteins of the Bcl-2 family and the neurodegenerative process caused by cerebral ischemia, using oxygen and glucose deprivation (OGD) as stroke simulation and mouse primary neurons as study model. On the other hand, we tried to identify the possible role that the recently identified protein ApoL2 can play in the apoptotic process against different apoptosis inducers.

Results obtained on the ApoL2 protein shows that it is ubiquitous, with a homogeneous distribution, not associated with any organelle nor is it excreted outside the cell. ApoL2 does not belong to the so- called “BH3-Only” proteins. Its overexpression does not enhance or protect against death induced by BH3-Only proteins. Its silencing does not modify the death rate of different cell death promoters. On the other hand, it seems that ApoL2 can regulate basal autophagy, with no role in induced autophagy pathway.

Regarding the ischemic study, OGD + recovery treatment induces overexpression of Noxa (through ATF4). Noxa silencing protects from neuronal damage caused by treatment suggesting that part of the cell death occurs due to the action of Noxa. However, this cell death does not appear to be by apoptosis, since we have not found activation of caspases and inhibiting caspases does not affect the results. We have found there is both necrosis and necroptosis cell death after ODG + recovery treatment. Finally, the study of autophagy in this model suggests that it plays a dual role. In the acute phase it causes cell death, but during recovery, autophagy is a primarily protective pathway.