Metabolisme i funció de la fructosa 2 6-bisfosfat en el teixit cerebral

Abstract

El cervell representa aproximadament el 3% del pes corporal d'un adult normal i consumeix el 20% del total de glucosa i oxigen que utilitza l'organisme. La glucosa és el substrat energètic més important, aportant un 90% de l'energia total consumida per aquest òrgan (Drewes & Gilboe, 1973; Mcllwain & Bachelard, 1985; Siebert et al, 1986; Sokoloff, 1989). Les reserves de carbohidrats en el cervell són relativament baixes i sols poden compensar durant uns minuts les seves necessitats energètiques. El cervell és, per aquest motiu, totalment depenent del subministrament continu de glucosa des del torrent sanguini. En condicions normals, la capacitat de transport de glucosa a través de la barrera hemato-encefàlica, en el sentit de circulació sanguínia cap al cervell, és 3 vegades superior a la velocitat de fosforil·lació de la glucosa per l’hexoquinasa cerebral (Lund- Andersen, 1979). Si l'entrada de glucosa en les cèl·lules del teixit cerebral no és un pas limitant en el metabolisme d'aquest teixit, el control de l'oxidació deis carbohidrats s’haurà d'efectuar en les reaccions enzimàtiques considerades reguladores de la glucòlisi (Lowry & Passonneau, 1964; Drewes & Gilboe, 1973; Kintner et al., 1980).

El control de la glucòlisi cerebral és exercit fonamentalment a través de la regulació de l’hexoquinasa, la 6-fosfofructo-l-quinasa i la piruvat quinasa, en adició al control del transport de glucosa que, en algunes condicions com l'anòxia i la hipoglucèmia, pot ser un factor limitant (Lund-Andersen, 1979). Diferents autors (Lowry and Passonneau, 1964; Ruderman et al., 1974; Gorell et ai,.1977; Kintner et al., 1980; Ogushi et al.,1990) han postulat que el punt limitant i regulador de la glucòlisi cerebral és a nivell de la PFK-1. Aquest enzim és modulat per nombrosos efectors i representa un exemple paradigmàtic d'enzim multimodulat (Sols, 1981).

La fructosa 2,6-bisfosfat és l'activador al·lostèric més potent de la 6-fosfofructo-1-quinasa i inhibidor de la fructosa 1,6-bisfosfatasa, realitzant un paper important en la regulació de la glucòlisi/gluconeogènesi hepàtica (Hue & Bartrons, 1985). La seva síntesi i degradació estan catalitzades per la 6-fosfofructo-2-quinasa i la fructosa 2,6-bisfosfatasa respectivament (Van Schaftingen, 1987; Hue & Rider, 1987; Pilkis & El-Maghrabi, 1988). Ambdues activitats estan situades a diferents dominis de la mateixa proteïna.

Aquest enzim bifuncional integra senyals metabòlics i hormonals per medi de modificadors al·lostèrics, processos de fosforil·lació/defosforil·lació i diversos factors de transcripció que regulen la seva expressió (Van Schaftingen, 1987; Hue & Rider, 1987; Pilkis & El-Maghrabi, 1988; Colosia et al., 1988; Marker et al., 1988; Wall et al., 1989; Pilkis, 1991; Cifuentes etal., 1991).

El metabolisme de la fructosa 2,6-bisfosfat.en el cervell i el seu possible paper regulador sobre la glucòlisi cerebral no havien estat estudiats fins el moment. Dades prèvies indicaven que la fructosa 2,6-bisfosfat era present en cervell de rata (Kuwajima & Uyeda, 1982) i en astròcits i neurones en cultiu (Pauwels & Trouet, 1984). A més, hi havia dades que demostraven que, d'una forma semblant a d'altres teixits, era un potent activador de la 6-fosfofructo-l-quinasa cerebral (Foe & Kemp, 1985; Vora et al., 1985; Dunaway et al., 1988).

En base a aquestes dades ens vam plantejar un estudi més exhaustiu del possible paper regulador de la fructosa 2,6-bisfosfat sobre el metabolisme energètic cerebral i, al mateix temps, de la pròpia regulació del metabolisme de la fructosa 2,6-bisfosfat en el teixit cerebral. Amb aquesta finalitat ens vam proposar els següents objectius: 1.-Estudi del paper de la fructosa 2,6-bisfosfat en el control del flux glucolític cerebral. 1.1 - Paper de la fructosa 2,6-bisfosfat en situacions d'interrupció aguda de Taport de substrats energètícs al cervell. 1.2 - Paper de la fructosa 2,6-bisfosfat en situacions d'aportació de substrats energètícs altematius al cervell. 1.3 - Estudi del metabolisme de la fructosa 2,6-bisfosfat durant el desenvolupament. 2.-Regulació del metabolisme de la fructosa 2,6-bisfosfat. 2.1 - Purificació i caracterització de la 6-fosfofructo-2-quinasa/fructosa 2,6-bisfosfatasa cerebral. 2.2 - Clonatge i expressió de la 6-fosfofructo-2-quinasa/fructosa 2,6-bisfosfatasa cerebral.