medicamentos viejos para enfermedades … · fenacetina (1888) óoh no2 p-nitrofenol ... ostracismo...

MEDICAMENTOS VIEJOS PARA ENFERMEDADES NUEVAS

ÁNGEL MARTÍN MUNICIO

Real Academia de Ciencias

INTRODUCCIÓN

Bajo este título se intenta desarrollar un tema que per-mite sacar a relucir una serie de innovaciones recientesde la moderna biología molecular y de su proyección so-bre los mecanismos fundamentales de las enfermedades.Con esta idea, el ácido acetilsalicílico protagoniza estas in-novaciones en cuanto a su intervención en el procesobiológico de la inflamación, uno de los fenómenos másuniversales de la fisiopatología, en la que participan demodo fundamental el mecanismo de transducción de se-ñales biológicas, la cascada de reacciones enzimáticas quedesde los fosfolípidos de membrana conduce al ácidoaraquidónico y a sus metabolitos derivados, y la estruc-tura de las membranas celulares en las que tiene lugar lainiciación de las señales de múltiple naturaleza. Este con-junto de mecanismos de la moderna biomedicina está al-canzando una extraordinaria significación por lo que serefiere a su presencia en procesos del tipo de la ateros-clerosis, de algunos tipos de cancero de enfermedades neu-rodegenerativas. Además, el ácido acetilsalicílico ha sido unode los medicamentos no sólo clásicos, en cuanto a suempleo centenario como antidoloroso y antitérmico bajola denominación comercial de aspirina, sino tambiénantiguos, de amplia difusión, en cuanto al empleo deextractos vegetales poseedores de derivados del ácido sa-licílico.

MEDICAMENTOS VIEJOS

La época antigua

La historia es tan vieja como la Antigüedad griega, cuan-do Hipócrates recomendaba una poción de la corteza delsauce Salix alba para el alivio del dolor y la fiebre. Usos que,después, fueron recomendados por Plinio, Dioscórides yGaleno, y, luego, a lo largo de muchos cientos de años, ol-vidados y redescubiertos de forma recurrente hasta que, me-diado el siglo XVIII, el reverendo Edward Stone llevó acabo con gran éxito un cierto «ensayo clínico» con cin-

cuenta pacientes, cuyos resultados comunicó a la RoyalSociety en 1763.

Hubo que aguardar, sin embargo, casi otro siglo, hastaque en 1828 los químicos orgánicos alemanes aislaran, enforma de cristales amarillos de sabor amargo, la sustanciaresponsable de tal actividad: la salicina. Se trataba de unglicosido del ácido salicílíco cuya síntesis se llevó a cabo diezaños más tarde por los químicos franceses. Y tanto el áci-do salicílico (figura 1) como su derivado, la salicina, erancapaces de aliviar la fiebre y el dolor; a lo que en seguidase unieron sus propiedades antisépticas. Ambos com-puestos se usaron para combatir las fiebres reumáticas, unsíndrome muy común en el que una infección es capaz deinducir una condición semejante a la artritis. El ácido ace-tilsalicílico (figura 1) fue pronto objeto de una síntesisbruta por el francés Gerhardt, en 1853, y el alemán Kraut,en 1869.

En el siglo XVII se habían conocido las propiedades an-tipiréticas de la quinina, presente en la corteza de cinco-

COOH CH3

^ ^ ^ \ / 0 - azúcar

^ ^

salicina

COOH

a. salicílico

COOH

aspirina

N H -I

Ú

C N — CH3

HC N — C 6 H 5

fi0

antlplrina (1883)

- COCH3

acetanilida(antifebrina)

COCH3

NH —COCH3

ÓV0 — C 2 H 5

fenacetina (1888)

OH

óNO2

p-nitrofenol

Fig. 1

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na del Perú. Sin embargo, las dificultades de su empleo fue-ron mucho mayores que las del ácido salicílico, debido asus múltiples efectos laterales y a las dificultades de su sín-tesis, añadidas a las limitaciones de su suministro y a la im-posibilidad de trasplante del árbol a otras regiones. Otroremedio más reciente fue la antipirina (figura 1), descu-bierta por Ludwig Knorr en 1833, quien cedió sus dere-chos a la casa Hoechst. Y, en 1886, dos médicos alsacia-nos — Kahn y Hepp— prescribieron una fórmula connaftaleno para el tratamiento de los parásitos intestinales.La sustancia elaborada en la farmacia falló completamenteen su intento de combatir los parásitos, pero tuvo granéxito en la reducción de la fiebre de los pacientes. Al re-petir la prescripción, la sustancia preparada cumplió consus fines de eliminación de los parásitos, si bien la tem-peratura de los pacientes permaneció inalterada. Un aná-lisis más minucioso de lo sucedido reveló el error de quela sustancia inicial, administrada por primera vez al hom-bre, se trataba de la acetanilida (figura 1), un derivado delalquitrán de hulla empleado en la industria de los colo-rantes. En aquella época, finales del siglo XIX, la quininay el ácido salicílico eran profusamente utilizados como an-tipiréticos. La acetanilida, en manos de Kalle & Com-pany, de Wiesbaden, recibió el nombre comercial de an-tifebrina, bajo cuya denominación, y no por su nombregenérico o químico, se llevó a cabo la difusión comercial.La antifebrina fue uno de los primeros medicamentosprescritos bajo una denominación comercial, aunque se dis-pusiera de la denominación genérica; lo que ya, desde en-tonces, ofrecía la particularidad del coste superior de losproductos difundidos bajo una denominación comercial.

La casa Bayer, creada en 1863 por Friedrich Bayer y Jo-hann Weskott, había preparado el primer colorante sin-tético, Xa. fucsina. El primer asistente de Bayer fue su yer-no Cari RumprT, que emigró a los Estados Unidos a losveinticuatro años. A la muerte de Bayer, en 1880, Rumpffse convirtió en el guía científico de la compañía, que yase había trasladado a la ciudad de Elberfeld. En los añosanteriores a 1884, Duisberg —casado con una sobrina deRumpff— se había aplicado a la síntesis de nuevos colo-rantes, por ejemplo la del Rojo Congo, mediante un pro-cedimiento diferente al utilizado con anterioridad paraobviar las dificultades legales de protección de patentes; y,a partir de 1884, llevó a cabo la dirección de los progra-mas de investigación y patentes de la compañía. Uno delos primeros objetivos de su nuevo cargo fue transformarel campo de los colorantes y dirigir la mirada hacia losnuevos medicamentos, sobre todo cuando se estaba en elaño de la invención y patente de la antifebrina. Por otrolado, la casa Bayer, productora de colorantes, originabauna gran cantidad de productos secundarios del tipo delp-nitrofenol, que guarda cierta analogía química con la ace-tanilida. Y con los 30.000 kilos de residuos de p-nitrofe-nol, la compañía Bayer logró, en 1888, la acetofenetidinacomo primer producto farmacéutico que, aprendiendo lalección de la antifebrina, recibió el nombre comercial defenacetina (figura 1). Un año después, en 1889, una gran

epidemia de gripe invadió la mayor parte de los países eu-ropeos y los Estados Unidos, en la que el empleo de \z.fe-nacetina aumentó grandemente los ingresos de la casaBayer. Al año siguiente, 1890, la compañía dedicó1,5 millones de marcos para construir un laboratorio deinvestigación en un edificio de tres plantas, que, en tan sólocuatro años, se ocupó por casi un centenar de químicos.

Mientras tanto, la fabricación de colorantes se instaló enla propiedad de una pequeña firma, Dr. C.Leverkus &Sons, que recibiría luego el nombre de Leverkusen, y quecompletaría en 1912, al borde del Rhin, una planta gi-gante según el diseño de Duisberg. Bajo la dirección deDuisberg, la compañía construyó en los terrenos de El-berfeld una segunda serie de laboratorios de investigación,finalizados en 1896, dedicados exclusivamente a la crea-ción de medicamentos. La lista de medicamentos progre-só con tal rapidez que Duisberg decidió promover la crea-ción independiente de la división farmacéutica, cuya misiónprincipal consistió en el desarrollo del gran éxito de lacompañía: la fabricación industrial de la aspirina. Coneste fin, el laboratorio de medicamentos se desdobló en dossecciones: una farmacéutica dedicada a la elaboración denuevos productos, dirigida por Eichengrün; y otra, desti-nada al control farmacológico de los nuevos productos, bajola dirección de Dreser, profesor de la universidad de Bonn.Uno de los proyectos del nuevo laboratorio farmacéuticofue la supresión de los efectos laterales del ácido salicíli-co, de lo que se encargó el joven químico Félix Hoffmann,cuyo padre se encontraba imposibilitado desde hacía lar-go tiempo por un reumatismo crónico. Y, efectivamente,el remedio con ácido salicílico era peor que la enfermedad.Fue el 10 de octubre de 1897, la fecha en que, según el cua-derno de laboratorio de Hoffmann, se dató el proceso defabricación del ácido acetilsalicílico, que se comercializóbajo el nombre de aspirina. También es cierto que, comoha quedado señalado anteriormente, la bibliografía habíacitado su preparación bruta por Gerhardt y, posterior-mente, por Kraut. La falta de una auténtica novedad nodesanimó a Eichengrün, que la pasó a la sección de farma-cología para el control de su actividad, ante la indiferen-cia de su director Dreser y, sin duda también, de Duisberg.

A esta situación de indiferencia contribuyó el redescu-brimiento comercial de la diacetilmorfina, sintetizada hacíaun par de décadas por el inglés C. R. Wright. Con la in-tención de lograr un preparado morfínico privado de sucaracterística adicción, la casa Bayer, tras una serie de ensayosclínicos, lanzó una enorme campaña de propaganda y di-fusión de la diacetilmorfina bajo la denominación comer-cial de heroína. En 1898, Dreser comunicó al Congreso deMédicos alemanes que se trataba de un producto diez ve-ces más efectivo que la codeína, y con sólo una décima partede sus efectos tóxicos; y la heroína fue presentada como lagran solución de la tremenda plaga de adicción de la morfi-na. El negocio fue extraordinario, sobre todo en los EstadosUnidos tras las secuelas de la guerra de independencia sureña.

No tenía nada de extraño que, con este señuelo comer-cial, la compañía mantuviese el ácido acetilsalicílico en el

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ostracismo del laboratorio de farmacología. Y, como tan-tas otras veces en la historia, los enfrentamientos entre laquímica -representada por Eichengrün y Hoffmann- yla farmacología -dirigida por Dreser- acabaron con la in-tervención de Duisberg y el lanzamiento del ácido acetil-salicílico bajo la denominación de aspirin, a la vista deléxito económico de las denominaciones comerciales al es-tilo de la fenacetina y la heroína. La denominación de as-pirina procedía del género Spiraea, al que pertenecía laplanta conocida vulgarmente como de la «dulce sombra»,rica en aldehido salicílico que, al oxidarse, conducía alácido salicílico—Spirsaure, en alemán—. Su acetilación ren-día el acetylspirsdure, del que, en enero de 1899, se acuñóel nombre comercial de aspirin, patentado en alrededor desetenta países del mundo. No deja de ser curiosa la parti-cipación económica de los protagonistas en las guerras dela aspirina. Efectivamente, el director farmacológico Dre-ser recibía un canon de todos los productos ensayados enla sección; mientras que Eichengrün y Hoffmann lo ha-cían tan sólo de los medicamentos objeto de patentes,cuya legislación, por otro lado, no admitía los nuevos pro-ductos y sí los nuevos procedimientos. Así pues, a pesarde que Eichengrün y Hoffmann fueron los promotores,y a pesar también de la oposición de Dreser, fue solamenteéste quien, enriquecido, pudo retirarse en seguida a dis-frutar de los beneficios de la aspirina.

En cualquier caso, al finalizar el año 1899, la aspirinase presentó en todo el mundo; invadió con sus muestraslos hospitales y a toda la profesión médica, a la vez que seencarecía al público cualquier noticia sobre la utilidad delnuevo medicamento. En noviembre de 1899 se publicó laprimera referencia en inglés sobre la aspirina; y en 1902,habían aparecido sobre ella más de ciento sesenta traba-jos. Sus éxitos clínicos y comerciales tuvieron un granacompañamiento social que hizo, por ejemplo, que Enri-co Caruso impusiera a sus empresarios la obligación delsuministro de aspirina, el único remedio para sus doloresde cabeza. Y que Kafka, como explicara a su novia FeliceBauer, utilizara la aspirina en su torturado dolor existen-cial. Su éxito comercial no resultó, obviamente, del ali-vio de la ansiedad, sino del remedio que supuso su inter-vención en los procesos inflamatorios -artritis, fiebrereumática, etc.

La época contemporánea

Un siglo más tarde, el 2 de marzo de 1988, Frank Young,de la Food and Drug Administration de los Estados Uni-dos, se presentó en una conferencia de prensa en Was-hington, ante directivos empresariales farmacéuticos. Cin-co semanas antes, el 28 de enero, la revista New EnglandJournal of Medicine había publicado los resultados de unainicial encuesta epidemiológica sobre la notable reducciónque la aspirina había producido en la mortalidad por infartoscardíacos, la causa primera de muertes en el mundo occi-dental. El experimento se había realizado durante cuatroaños con veintidós mil voluntarios, de los que la mitad to-

maron en días alternos una tableta de aspirina, y la otra mi-tad lo hizo de un placebo. El comité especializado encargadodel seguimiento de la encuesta concluyó que el grupo tra-tado con aspirina experimentó un 40 por 100 menos dealteraciones cardíacas que el grupo placebo. Teniendo encuenta que tan sólo en los Estados Unidos morían en esafecha de infartos, trombosis y síndromes relacionados unas650.000 personas al año, según las conclusiones de la en-cuesta, la administración de una tableta de aspirina en díasalternos haría descender en 130.000 las muertes por dichacausa. Esto, en los Estados Unidos, suponía que si la mitadde los ciudadanos tomaban una tableta en días alternos, lasventas anuales del medicamento se elevarían en un 75 %,alrededor de 600 millones de dólares.

Sin embargo, ¿qué ha ocurrido entre aquellos finales delsiglo pasado, en que se fabricó el medicamento viejo, y lasenfermedades nuevas, a las que en la actualidad se aplica?

ENFERMEDADES NUEVAS

Antecedentes

Incluso desde antes de la puesta a punto del método depreparación de la aspirina por HofFmann, era un hecho re-conocido la actividad anticoagulante tanto de la aspirinacomo del simple ácido salicílico. Actividad recogida en laslecciones de farmacología de Cari Binz, en 1891, directordel Instituto de Farmacología de la Universidad de Bonn,y tenida presente de forma habitual en la práctica qui-rúrgica.

En 1941, Karl Link ensayó en sí mismo el comporta-miento de la aspirina y el ácido salicílico, comprobando ladisminución de protrombina, precursor inicial en la casca-da de coagulación de la sangre, en mayor proporción por par-te del ácido acetilsalicílico que del salicílico mismo. En 1943,el grupo de Link confirmó estos resultados en ratas y hu-manos. A raíz de estos estudios de Link acerca de la re-ducción de la coagulabilidad de la sangre se produjo unacierta alarma en la prensa médica; particularmente el Jour-nal ofthe American Medical Associatíon se preguntaba: ¿esla aspirina un medicamento peligroso?^! médico inglés PaulGibson, en 1948, recomendaba el empleo del ácido salicí-lico para combatir la trombosis coronaria, a la vez que requeríaensayos clínicos más extensos para probar la acción de laaspirina en la enfermedad coronaria.

Poco después, en 1950, Lawrence L. Craven, otorrinode Los Angeles, publicó en los Annals of Western Medici-ne and Surgery una nota en la que señalaba que, durantevarios años, la administración de aspirina masticable paraaliviar las molestias subsiguientes a la tonsilectomía pro-ducía a los pocos días hemorragias de distinta considera-ción. La interpretación del autor fue que la aspirina po-seía una actividad para reducir la capacidad fisiológica deformación de trombos. En 1953, Craven realizó un ensayocon ocho mil pacientes, tras el cual afirmó: «ninguno delos pacientes tratados con aspirina manifestó trombosis

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cerebral o coronaria». Y, en consecuencia, proclamó quela administración de aspirina ofrecía un método seguro de pro-filaxis frente a la trombosis. Sin embargo, Craven no sólono pudo, en aquella época, ofrecer razón alguna por laque la aspirina ejercía dicha actividad antitrombótica, sinoque sus métodos no fueron científicamente validados.

El estado de los conocimientos acerca de la terapia car-diovascular fue resumido en 1961 por Poole y French enel Journal ofAtherosclerosis, asegurando que la terapia an-ticoagulante ni era útil ni podía serlo frente a los ataquescardíacos. Para ello, razonaron sobre los distintos meca-nismos del proceso de coagulación según que tenga lugaren el tubo de ensayo o en los vasos sanguíneos, y en és-tos según sean venosos o arteriales. Este hecho ejerceríauna profunda implicación sobre el efecto de los anticoa-gulantes. En su opinión, el hecho de interferir con la coa-gulación, no supone que el músculo cardíaco lesionado re-cupere su actividad [...], más bien, el único concebible usode los anticoagulantes habrá de ser frente a los trombos si-guientes. La hipótesis se funda en la suposición de que enlas venas, los trombos se construyen sobre un pequeño nú-cleo blanco a base de plaquetas adheridas a la pared delvaso, al que se unirían los glóbulos rojos mezclados conla fibrina. Este tipo de trombos pueden ser muy doloro-sos, pero raramente son fatales. La situación es muy di-ferente en los trombos arteriales, especialmente si oclu-yen alguna de las arterias que nutren el cerebro o el

corazón. En este caso, las plaquetas se agregan, y su masaes frecuentemente motivo de obstáculo para el flujo ar-terial. Algunas veces se rompen y los fragmentos se dis-persan pudiendo de nuevo recrecer en unos pocos mi-nutos hasta que la luz del vaso se obstruye por completo;y solamente cuando la arteria se ciega comienza a cons-truirse la fibrina y a endurecerse el trombo. Últimamen-te, existe una gran cabeza blanca de plaquetas y una pe-queña cola de glóbulos rojos; pero, aun cuando el trombose componga únicamente de plaquetas, el daño ya ha te-nido lugar. De esta forma, el empleo de los anticoagulantesserá eficaz tan sólo sobre los trombos siguientes. Y aquísurge la diferencia entre los trombos venosos y los arte-riales. Los anticoagulantes distorsionarían la cascada decoagulación impidiendo la formación del producto fi-nal, la fibrina. Lo que significa que contrarrestarían laconstrucción de la cola roja fibrinosa de un trombo, peroejercerían escasa o ninguna acción sobre la formación delnúcleo blanco plaquetario. Y, así, los trombos con unaelevada proporción de plaquetas, como los arteriales, se-rían menos afectados por los anticoagulantes.

La actualidad de las enfermedades nuevas

¿Qué ha cambiado hoy para que algo tan simple como laaspirina ofrezca tal diversidad de potencialidades de empleo,desde la aterosclerosis al cáncer?

metabolismo intermediario

FISIOLOGÍA

QUÍMICAORGÁNICA

BIOQUÍMICA

FlSICA

1940

TECNOLOGÍAFlSICA

BIOLCMOLEC

)G(AULAR

TÉCNICAS FÍSICAS DE LAFUNCIONALIDAD BIOLÓGICA

- estructura-funciónde biopolímeros

- interpretación molecularfenómenos biológicos

CIENCIABIOQUÍMICAUNIFICADA

GENÉTICAMOLECULAR

CULTIVOSCELULARES

BIOLOGÍACELULAR

BIOTECNOLOGÍA

DNA-RECOMBINANTE

CLONACIÓN

ANTICUERPOSMONOCLONALES

NUEVAS ESPECIESANIMALESVEGETALES

PRODUCCIÓN INDUSTRIALDE PROTEÍNAS

INTERACCIONESCÉLULA-CÉLULA

MORFOGÉNESIS

DESARROLLO

METÁSTASIS

ESTRUCTURA-FUNCIÓNENSAMBLAMIENTOS CELULARES

GENOMA

MEMBRANAS, RECEPTORES

CITOESQUELETO

NEUROBIOLOGÍA

INMUNOLOGÍA

VIROLOGÍA

BIOQUÍMICAAMBIENTAL

Fig. 2

FISIOPATOLOGIAMOLECULAR

ENVEJECIMIENTO

INFLAMACIÓN

ENFERMEDADES INMUNES

ALTERACIÓN DE RECEPTORESATEROSCLEROSISOBESIDAD


canal deQ CHO iones

j j ( í ^ anquirina x^

mmmespectr ina^

llfil®^

Fig. 3

'i*•

^ glicoforina

La respuesta la encontraremos en los descubrimientosdel último medio siglo en los campos solapantes de labiología molecular y celular, y de todas aquellas áreas dela biomedicina resultantes. Una interpretación de estasrelaciones aparece en la figura 2. Entre otras manifestacionesdel espectacular desarrollo que ha conducido al estudiode los mecanismos de las enfermedades nuevas, y comomás importantes, tenemos las siguientes:

1. La averiguación de la estructura terciaria de las pro-teínas, como fundamento de las interacciones quesoporta la transmisión de las actividades biológicas.

2. El descubrimiento de la estructura y el modo de ac-ción de las enzimas que gobiernan específicamentecada una de las reacciones de todo tipo de los seresvivos, desde las propias de la digestión de los ali-mentos a las más nobles participantes en la trans-misión de los caracteres hereditarios, en la accióndel impulso nervioso y en el conjunto de activida-des de los sistemas de regulación en cascada —coagu-lación de la sangre, fibrinolisis, quininas, comple-mento, etc.

3. Dentro de las actuaciones en cascada de las enzimas,la separación de ácidos grasos de los fosfolípidos y lasconsiguientes transformaciones del ácido araquidó-nico guardan una estrecha relación con los lípidos demembrana y con los mecanismos de regulación de latransducción de las señales biológicas.

4. El conocimiento de la estructura y la composición—lípidos y proteínas— de las membranas que constitu-yen el límite de las células con el medio externo, hapermitido dilucidar muy variados mecanismos de labiología molecular y celular, principalmente los re-feridos a la transducción de los diversos tipos de se-

ñales externas hacia el núcleo de la célula y la co-rrespondiente regulación de la expresión génica.

5. La posición central que, en la biología molecular ycelular, ocupa el mecanismo de la transducción de se-ñales como fenómeno propio de la respuesta inmu-nitaria e inmunoinmunitaria, la acción hormonal yde los factores de crecimiento, la transmisión del impulsonervioso, los mecanismos del ciclo celular, la inflama-ción y la apoptosis; el fenómeno de la fototransduc-ción y el modo de acción de algunos medicamentos.

6. De lo que resulta la cada día más abundante rela-ción de anomalías patológicas, las enfermedades nue-vas, vinculadas a disfunciones de la transducción deseñales: inflamación, enfermedades neurodegenerati-vas y cáncer.

Composición y estructura de las membranas celulares

Ya desde finales del siglo pasado, los biólogos celularespusieron de manifiesto, mediante técnicas físicas y quími-cas, la existencia de membranas plasmáticas discretas. Par-tiendo de los estudios de permeabilidad de las células fren-te a una variedad de no-electrolitos, se comenzó a especularsobre la naturaleza lipídica de la barrera de permeabili-dad. La probabilidad de que los lípidos presentes en lasmembranas biológicas existan predominantemente bajo laforma de bicapa lipídica adquirió en seguida plena con-firmación por medio de las medidas físicas —ópticas y eléc-tricas- llevadas a cabo sobre las membranas y sobre el con-junto de lípidos aislados. Y fruto de ello ha sido la sucesivaelaboración de modelos, y la práctica vigencia del mode-lo llamado del mosaico fluido, de Singer y Nicolson (1972),basado en la doble capa lipídica y en la múltiple natura-leza de las incrustaciones de proteínas y enzimas (figura 3).

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Estructura general de las membranas, que responde nosólo de la estructura de las membranas plasmáticas sino dela membrana de los orgánulos citoplásmicos -mitocondrias,retículo endoplásmico, etc.

La relación lípidoslproteínas en la composición de los di-ferentes tipos de membranas es muy variable; desde un 80 %de lípidos en la mielina, a un 50% en los eritrocitos, y a un20 % en la membrana interna mitocondriaL Las proteínas, porotro lado, pueden ser intrínsecas o extrínsecas. La liberaciónde las proteínas intrínsecas exige una rotura de la membra-na mediante detergentes o disolventes orgánicos apropia-dos; rotura que implica la desagregación de los lípidos conlas regiones Hpofílicas de las proteínas, ricas en aminoácidosno polares, que se sumergen más o menos completamenteen el interior de la membrana. Las proteínas extrínsecas seseparan de las preparaciones de membrana por tratamien-to con disoluciones de baja fuerza iónica, ya que su frágil aso-ciación puede tener lugar por simple adsorción.

La presencia de los lípidos en las membranas biológicasno tiene la simple razón del soporte físico de las proteínasde membrana. La presencia cuantitativa y cualitativa de losdiferentes tipos de lípidos es responsable de propiedadessingulares de la bicapa lipídica: la fluidez que justifica lalibertad de movimiento de las fases hidrocarbonadas; la asi-metría de la disposición de los lípidos individuales en lasdos superficies de la membrana, que provoca el diferenteambiente lipídico de cada parte; y la especificidad áe lípi-dos particulares en la regulación de la actividad de las pro-teínas de membrana, como enzimas, receptores, etc. Loslípidos presentes en las membranas responden a los si-guientes tipos más importantes: los esteróles, los glicero-fosfolípidos, los gliceroglicolípidos y los fosfoesfingolípi-dos (figura 4).

Los lípidos, por otro lado, no son solamente ingredientesdel mosaico fluido de la membrana. En algunas ocasiones,ciertas especies de lípidos o sus productos de hidrólisispueden actuar como segundos mensajeros de la acción deseñales externas.

Y son, precisamente, las membranas y sus correspon-dientes estructuras la sede en la que se inician los fenómenosinterrelacionados, que se describen a continuación, y quese centran en:

1. La posición central que ocupa el ácido araquidónico,procedente de la hidrólisis enzimática de los glice-rofosfolípidos de membrana, y que, por otro lado, essustrato de la acción enzimática de la lipooxigenasay la ciclooxigenasa. La ciclooxigenasa se presenta bajodos formas isoenzimáticas, COX-1 y COX-2, concaracterísticas diferentes; la segunda, inducible porestímulos inflamatorios y que se sobreexpresa en cier-tas manifestaciones patológicas —cáncer colorrectal,por ejemplo.

2. La presencia de las proteínas de membrana, cumpli-doras de múltiples funciones según la naturaleza dela célula, entre otras las de soportar los fenómenos deadhesión, anti-adhesión, recepción de señales e inte-racciones con el citoesqueleto. La recepción de señalesinicia los diferentes tipos de mecanismos de su trans-ducción, que participa en procesos de la importanciade la inflamación y la apoptosis. A modo de ejemplo,se reúnen en la figura 5 las proteínas de membranade las células T y su disposición específica en el senode la bicapa lipídica.

3. El proceso de inflamación en sus múltiples etapas,que, desde las diferentes causas, conducen a la co-

C H 2 — O — O C — R,

R2 — C O — O — C H O"

colesterol

C H 2 — O — P —Base N + (colina, serina,[I etanolamina)O

glicerofosfolípidos

esfingomielina Fig.4

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regiónvariable

CD11 a/CD18(LFA-1)

CD28

B7-1

CD43

OI I

fosfotirosinafosfatasa

Fig. 5

lección de efectos diversos. Este proceso está invo-lucrado en los mecanismos de transducción de se-ñales.

4. Los complejos mecanismos de transducción de seña-les, a los que se acomoda una serie de acciones bio-lógicas, entre ellas, las de la inflamación y la apop-tosis celular.

5. El mecanismo de la apoptosis celular, modulable pordiversos factores.

6. La posibilidad de la acción farmacológica sobre cadauna de estas partes; y, dentro de su integración, la dela acción de las sustancias antiinflamatorias no este-roídicas.

La integración del conjunto -transducción de señales, in-flamación, apoptosis, cascada del ácido araquidónico e ¿so-enzimas de ciclooxigenasa e inhibición de la inflamación poragentes no esteroídicos— aparece en la figura 6. Cada una desus partes va a ser objeto, a continuación, de una des-cripción particular.

Acido araquidónico y ciclooxigenasas

La presencia del ácido araquidónico (20:4) ocupa unaposición central en el presente estudio debido, en primerlugar, a su presencia en los fosfolípidos de membrana; y,por otro lado, a que sus transformaciones enzimáticas —víalipoxigenasa y vía ciclooxigenasa— conducen a sustanciasdel interés fisiopatológico de los eicosanoides, en los que seintegran las prostaglandinas, las prostaciclinas, los leuco-trienos y los tromboxanos. Así, la presencia del fosfatidili-nositol 4,5-bifosfato (Ptdlns (4,5)P2) en las membranas escapaz de servir de sustrato a varios tipos de fosfolipasas-A2, D y C- para rendir diversos productos finales de de-gradación, entre otros el ácido araquidónico y los diacil-

gliceroles. Un esquema de estas relaciones aparece en la fi-gura 7. El primero, pues, en íntima conexión con el siste-ma de prostaglandinas, la enzima ciclooxigenasa y con lafunción de los antiguos salicilatos. Y los diacilgliceroles encuanto a reguladores de la actividad de proteína quinasas,eslabón de extraordinaria importancia en los mecanismosulteriores de la transducción de las señales.

La figura 8 resume la colección de eicosanoides originadosa partir del ácido araquidónico, las actividades enzimáticasque intervienen, los efectos fisiológicos particulares de cadauno de los productos y las estructuras químicas de las másimportantes especies del sistema de prostaglandinas.

Dentro de este esquema, la enzima ciclooxigenasa se con-vierte en una pieza clave del planteamiento global de estetema. Posición clave que resulta, en resumen, de los si-guientes hechos:

1. La ciclooxigenasa se presenta bajo dos isoenzimas,COX-1 y COX-2; la primera constitutiva y la se-gunda inducible; cada una de las cuales se va a mo-dular de manera diferente, va a ser responsable deactividades fisiológicas diferentes y, en consecuen-cia, su inhibición va a ser la base de acciones farma-cológicas específicas.

2. COX-1 es responsable de la génesis de prostaglandi-nas que actúan fisiológicamente, mientras que losniveles de COX-2 en los diferentes tejidos se incre-mentan por inducción del gen correspondiente porun gran número de acciones biológicas que origi-nan respuestas inflamatorias.

3. Estas respuestas pueden tener lugar en las más variadaspartes del organismo, incluyendo el sistema nervio-so central; y de aquí su posible contribución a la pa-togénesis de las alteraciones neurodegenerativas deltipo de la enfermedad de Alzheimer.

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rÁNGEL MARTÍN MUNICIO

causas iniciadoras: ligandos

receptores —transductores

aceptaresrespuesta celular

expresión génica

TRANSDUCCIONDE SEÑALES

uo-z.ouLU

ce

causas

metabolismo de fosfolípidos

membrana

TRAUMATISMOSANTIGENOS

INFLAMACIÓN

infecciones,complejosautoinmunes

efectosflujo sanguíneopermeabilidad capilarmigración celular

ifosfolipasa A

ÁCIDO ARAQUIDÓNICO

ciclooxigenasa lipooxigenasa

COX-2(inducible)por estímulos proinflamatohos:

citoquinas,

COX-1(constitutiva)

aspirina inhibe irreversiblepor acetilación

endotoxinas,mitógenos

sobreexpresa en la formación de tumores colorrectalesparticipa en la respuesta inflamatoria protectora gastrointestinal

& renal

inhibe síntesis PGs Mpromotoras de tumorigénesis

APOPTOSIS

inhibición

por NSAIDS- • a. araquidónico

Fig. 6 ceramida

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Ptdlns(4,5)P7

¡ntracelular Ca2+

fosfolipasa D

fosfolipasa C fosfolipasa A2

®

1,2-diacilglicerol A T P A D P

proteinaquinasa C

ácido fosfatídico

fosfatidatofosfohidrolasa

— 1, 2-diacilglicerol

Fig. 7

dicilglicerolI i pasa

NADPH oxidasa eicosanoides

4. Puesto que COX-1 es necesaria para el normal fun-cionamiento de estómago y riñon, su inhibición pue-de ocasionar daños importantes de este tipo de ór-ganos.

5. En ciertas manifestaciones patológicas -cáncer, sín-dromes neurodegenerativos, etc.- se han descritomodificaciones de los niveles de COX-2; de aquí, laimportancia de las posibilidades farmacológicas de suinhibición.

6. El reciente conocimiento de las estructuras tridi-mensionales de ambas enzimas permite el diseño deinhibidores específicos y reversibles como fundamentode nuevos agentes antiinflamatorios.

7. Esta regulación enzimática guarda relación asimismocon las posibilidades de modulación de la apoptosiscelulary, por tanto, con los fenómenos basados en ella.

La prostaglandina H, sintasa, conocida también como ci-clooxigenasa, cataliza la primera etapa de la conversión delácido araquidónico en prostaglandinas y tromboxanos (fi-gura 8). La actividad ciclooxigenásica, en su conjunto,comporta dos actividades parciales contenidas en la mis-ma proteína dimérica: una, específicamente de ciclooxi-genasa, que inserta oxígeno molecular en el ácido araqui-dónico para formar el intermediario PGG2, y una actividadperoxidásica que reduce el hidroperóxido al alcohol co-rrespondiente PGH2. Ambas funciones son adyacentespero espacialmente distintas. Sobre PGH2 actúan otrasactividades enzimáticas para originar los productos fina-les (figura 8). COX existe, al menos, en dos isoformas,COX-1 y COX-2, capaces de mostrar diferencias sustan-ciales en su comportamiento farmacológico. COX-1 es

constitutiva y su activación conduce a la formación deprostaciclina con actividad antitrombogénica -en elendotelio- y citoprotectora -en la mucosa gástrica-.COX-2, codificada por un gen diferente del productorde la isoforma 1, es, al contrario, inducible en ciertos ti-pos de células por estímulos pro-inflamatorios. Los nive-les de COX-2 son ordinariamente muy bajos y están con-trolados rigurosamente por ciertos factores del tipo de lascitoquinas y por la disponibilidad del sustrato. La induc-ción de COX-2 por citoquinas y por estímulos inflama-torios en diversos tipos de células está en línea con la ideade que las acciones antiinflamatorias de los medicamen-tos no esteroídicos se deben a la inhibición de la COX-2;en tanto que los efectos secundarios del tipo de la irrita-ción gástrica y de la toxicidad renal son debidos a la in-hibición enzimática de la COX-1. De aquí que en el di-seño de nuevos medicamentos antiinflamatorios seaimportante la selectividad de las inhibiciones de ambasisoformas. Ideas que se recogen en la figura 9.

Recientemente se ha descrito la elevación de COX-2 entumores de colon, cuyas células exhiben una menor suscepti-bilidad a la muerte celular programada. A la vez, se afirmaque dicha elevación provoca la liberación de radicales libres,potencial origen de mutaciones y de cambios genéticos,que, al menos en teoría, están en el origen de las célulascancerosas. En tercer lugar se ha descrito la posibilidadde que la elevación de COX-2 promueva la producción defactores angiogénicos facilitadores del crecimiento de tu-mores. Y, por tanto, el empleo de sustancias inhibidorasde COX-2 puede potencialmente actuar frente a estosefectos consecuentes o concomitantes a su elevación. Másaún, estos inhibidores serán capaces de proteger las célu-

61


FOSFOLIPIDOS DE MEMBRANA

FOSFOLIPASA A 2'

ÁCIDO ARAQUIDONICO

5-HEPETE

MEDIADORES DEINFLAMACIÓN

ESTEROIDES ANTI-INFLAMATORIOS

ciclooxigenasa

PGG2

dehidrasa reductasa Ir

5-HETE

PGH2

(inestable)

LTA

hidrasa

LTB 4

- quimiotáctico- liberación enzimas

lisosomales- aumento de la

permeabilidad vascular

glutation5-transferasa

1LTC 4

glutamiltransferasa

LTD 4

LTE 4

tromboxanosintetasa

TXA2

- vasoconstrictores- estimulación

músculo liso- migración y acumu-

lación de leucocitos

- vasoconstrictor- agregante pla-

quetario- degradación membra

na lisosomal

prostacidinasintetasa

PGI2

- protector enshock eisquemia

YTXB

Fig. 8

PGI 2, PGF2ry, PGD2

- vasoconstrictor- aumento de la presión

arterial

las nerviosas de la inflamación asociada a las piucas amihides,depósitos de proteínas presentes en el cerebro de pacien-tes de la enfermedad de Alzheimer.

TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Todas las células poseen la capacidad de procesar la in-formación de su alrededor. Las células especializadas de losórganos sensoriales son blanco de las señales estimuladorasexternas, tales como la luz, los aromas y los mensajeros quí-micos entre células vecinas o distantes. La interacción de es-tos ligandos-citoquinas, antígenos, hormonaspolipeptídicas,factores de crecimiento, neurotransmisores, óxido nítrico, etc.—con los receptores de la superficie celular genera señales re-

guladoras intracelulares, que constituyen la primera etapade la cascada de acontecimientos bioquímicos que ocurrena lo largo del sistema de transducción de señales hasta alcan-zar la modificación de la expresión génica y la consiguientemodulación celular. Durante este recorrido actúan proteí-nas transductoras y enzimas generadoras de segundos mensa-jeros, los segundos mensajeros intracelulares solubles, y los sis-temas efectores constituidos por proteína quinasas y proteínasreguladoras. De esta manera, la situación aparece cada díamás claramente complicada tanto por la múltiple natura-leza química de las señales como por los variados mecanis-mos con que opera en cada caso la cascada de interaccionesen el seno de la célula. Un esquema de la distribución de lasentidades moleculares participantes en un proceso generalde transducción de señales aparece en la figura 10.

62


fosfolípidos de membrana

glucocortico'des endotoxinas— citoquinas

mitógenos

COX-1

estómago: PGF /PGI2riñon: PGE2/PGI2

plaquetas: TXA2

endotelio: PGI2

inflamación:macrófagos,sinoviocitos

Fig. 9

inhibidoresselectivos

MECANISMO GENERAL DE TRANSDUCCION DE SEÑALES

LIGANDO

hormonasfactores de crecimientoneurotransmisoresantígenosmedicamentos

Sistema dePROCESAMIENTO

DE LA SEÑAL

RECEPTOR

TRANSDUCTOR

ACEPTOR

proteínas G

adenilato (guanilato) ciclasafosfolipasa Ccanales iónicos

Sistema deEJECUCIÓN

SEGUNDOS MENSAJEROScAMP, cGMPDAGsNa+, K+, Ca++

EFECTORESproteína quinasasfosfoproteína fosfatasasfosfolipasa A

Sistema deRESPUESTA CELULAR REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA Fig. 10

63


A lo largo del pasado cuarto de siglo, una colección dehechos bioquímicos independientes ha preparado el com-plejo terreno de las interacciones moleculares que, desde losreceptores de la membrana y a través del interior de la cé-lula, alcanzan los núcleos y llevan a cabo la regulación de latranscripción. Escasas décadas durante las cuales se han acla-rado fenómenos bioquímicos de la importancia de la re-gulación enzimática por modificación covalente, los cambiosconformacionales, las interacciones moleculares, los modelosalostéricos, las proteínas oligoméricas, la cooperatividad, laamplificación de señales, la fluidez de membrana, los mode-los de bicapa lipídica y los segundos mensajeros de la activi-dad hormonal, así como numerosas regulaciones de la ac-tividad enzimática por modificación covalente en las áreasdel metabolismo de los hidratos de carbono, lípidos, ami-noácidos y proteínas. Esta modificación covalente ha tenidosu representante más característico en la fosforilación y suinversa, la defosforilación, catalizadas respectivamente porlas proteína quinasas y las fosfatasas. Fosforilación y defosfo-rilación de proteínas que han dado lugar a uno de los me-canismos fundamentales de integración de las señales en lascélulas eucarióticas, y forman parte de, prácticamente, to-dos los sistemas de transducción de señales.

La interconversión de las formas fosforilada y defosfoñladade una enzima va asociada con un cambio fundamentalen su actividad, aunque no siempre el cambio ocurra en lamisma dirección. Así, en el metabolismo de la glucosa, lafosforilación activa la degradación del glucógeno en la mis-ma medida que inhibe su síntesis. De esta manera, la ac-tividad de las proteína quinasas, y su actuación en cascada,ha originado una larga serie de potencialidades de meca-

nismos operativos en la transducción de señales conducen-tes a la puesta en marcha de procesos fisiológicos de di-versa naturaleza, tales como desarrollo, diferenciación, mor-fogénesis, mitogénesis, activación de células T, actividadsecretora, movimiento, ciclo celular y transcripción génica.

El mecanismo de la transducción de señales es, pues, in-grediente central de fenómenos fisiopato lógicos complejos, comola inflamación y la apoptosis, en los que, a su vez, intervie-ne de manera fundamental la cascada del ácido araquidó-nicoy las enzimas que lo transforman. La integración de es-tas cuatro ideas constituye el núcleo de la exposición de lasenfermedades nuevas, objetivo de este capitulo.

La figura 11 da una idea gráfica inicial de la globalidaddel fenómeno de transducción de señales.

Transducción de señales. Ligandos

Los efectos a largo plazo sobre la regulación celular seoriginan por señales transitorias sobre los receptores de lasuperficie de las células. Las hormonas polipeptídicas —in-sulina, glucagón, por ejemplo- y los neurotransmisores-ácido glutámico, acetilcolina, por ejemplo- son dos ejem-plos clásicos de ligandos que, transportados por la sangre,ejercen su función sobre superficies celulares específicas.En este sentido, una de las líneas modernas de mayor in-terés se basa en la averiguación de las complejas redes quese forman por interacción entre las células productoras decitoquinas y la colección de células blanco, por medio de lagran familia de citoquinas, mediadores proteicos produci-

Fig. 11

Ins (1,4,5) P3 U A ^ pp9Orsk

x

Ca2+ PKC i M A p 2 , M A P 4 \talina, PLA2 ^

MAPKAP quinasa 2

DAG Ins (1,4,5) P3Ptdlns(4,5)P2

• > «

(ca 2+) proteína MARCKSquinasa PLA 2

GAPPLC(3

respuestas celulares

64


CD45

membrana PIPplasmática

DAG

activación celular Fig. 12

dos por las primeras, capaces de influir sobre la proliferación,la diferenciación y las funciones de las segundas. Com-plejidad a la que contribuyen tanto la múltiple naturalezade ambos tipos de células como el sinergismo, interferen-cia o redundancia funcional entre las citoquinas.

Las dos familias más importantes de citoquinas son lasinterleuquinas (IL) y una serie de factores de crecimiento. Lasinterleuquinas desempeñan su papel principal como me-diadores intercelulares entre leucocitos. Así, una pobla-ción de linfocitos T (TH1) secreta IL-2 e interferón-y(IFN-y) y promueve la inmunidad mediada por células,en tanto que otra población (TH2) secreta IL-4, IL-5,IL-6 e IL-10, e induce la inmunidad humoral, con pro-ducción de IgG, IgE e IgA. Simultáneamente, IL-4 eIL-10 inhiben el desarrollo de la población TH1, mien-tras que IFN-y suprime la respuesta de TH2. Asimismo,el desarrollo de las células hemopoyéticas a partir de cé-lulas pluripotentes viene regulado por la acción secuencialde interleuquinas (IL-3 e IL-5) y factores estimulantes decolonias (CSF) de granulocitos, granulocitos-macrófagosy monocitos. Por otro lado, la disregulación del sistema he-matopoyético puede conducir a una plétora de enferme-dades, en las que las citoquinas pueden tomar parte de loscompromisos terapéuticos. Las principales aplicacionesclínicas de estos factores descansan en su empleo frente ala carencia de uno o varios de los componentes celularesdel sistema hematopoyético, o en las citopenias provoca-

das por la quimioterapia antitumoral o en los transplan-tes de médula ósea.

Una serie de citoquinas ha demostrado su participaciónen los mecanismos moleculares de muchas alteracionespatológicas. Entre las neoplasias: mieloma (IL-6), linfomade Burkitt (IL-10), carcinoma de mama (TGF-(3), carci-noma de células escamosas (G-CSF), osteosaarcoma (GM-CSF), leucemia mieloide (IL-1, GM-CSF, G-CSF, M-CSF) y leucemia linfoide ( (IL-2, IL-7, TNF). En lasenfermedades autoinmunes: diabetes tipo II (IL-1, IL-4,GM-CSF), lupus eritematoso sistémico (IL-2, GM-CSF,IFN-y) y esclerosis múltiple (IL-1, IL-6, TNF). En las va-riadas formas de la inflamación: artritis reumatoide (IL-1, IL-6, TNF, GM-CSF), psoriasis (IL-6, IL-8), eritro-derma (IL-6, IL-8), espondilitis anquilosante (IL-1, IL-6).En el asma alérgica (IL-1, IL-4, IL-5), el shock séptico(IL-1, IL-6, TNF), hfibrosis (TGF-(3), la anemia aplás-tica (IFN-y) y la malaria cerebral (IL-3). Habida cuentade este conjunto de participaciones, se han diseñado dis-tintos tipos de terapias a base de citoquinas y anticitoqui-nas, así como vectores virales codificadores de citoquinas,con el objeto de manipular la respuesta inmunitaria.

Transducción de señales. Receptores

El ejercicio de la actividad biológica de cada una de lasmoléculas que actúan como ligandos requiere la partici-

65

rÁNGEL MARTÍN MUNICIO

alérgeno

péptidosalergénicos

MHC class

péptidoí

TCR/CD4 ' | CD28

CD40L CD40basófilo célula

célula T auxiliar \CD4 +

CD40L CD40 -célula Th2 célula B

eosinófilo célula cebadabasófilo

astma Fig. 13

pación de receptores en la membrana celular (figura 12),de cuya interacción resulta la iniciación de la carrera detransmisión de señales en el citoplasma. Desde el puntode vista de su estructura, los receptores se clasifican en lossiguientes grupos principales:

1. Polipéptidos dotados de un único dominio hidrofóbico.Estas cadenas polipeptídicas pueden estar ancladas enla membrana de manera diferente, según que poseano no residuos transmembranares. De acuerdo con lacomposición de las subunidades, los receptores pue-den ser monómeros, homodímeros, heterodímeros,heterotrímeros y heterotetrámeros. Asimismo, algu-nos receptores pueden poseer actividades enzimáticaspromovidas por la interacción con el ligando; es el casode la actividad de tirosina quinasa en los receptores deinsulina y de los factores mitogénicos, o de guanilatociclasa en los receptores de péptidos natriuréticos.

2. Polipéptidos con siete dominios hidrofóbicos, estructu-rados como monómeros, homodímeros o heterodí-meros. En su cara intracelular, cada subunidad po-see una secuencia de reconocimiento de proteínas Gque interaccionan con un canal, bien directamenteo a través de mensajeros difusibles (PAF, eicosanoi-des, IL-8, neuropéptidos, etc.)

3. Oligómeros formadores de canales, con subunidadeshomoméricas o heteroméricas. Son independientesde cualquier factor intracelular o difusible de la mem-brana, por lo que actúan con gran rapidez. Ademásde la manera usual de activación de los receptorespor medio de los transmisores liberados presinápti-camente (acetilcolina, GABA, glutamato, 5-hidro-xitriptamina, ATP), el transmisor puede originarseintracelularmente como en el caso de los receptoresde membrana de orgánulos celulares, por ejemplolos receptores de inositol 1,4,5-trifosfato, responsa-bles de la transferencia de Ca2+

La interacción de múltiples pares receptor-correcep-tor (figura 13) se presenta en la activación clonal de lin-focitos T específica de antígenos. El receptor de células T(TCR) reconoce los péptidos antigénicos mostrados porlas células presentadoras de antígenos (APC) en el con-texto de la actuación del complejo principal de histo-compatibilidad. El mecanismo por el que la unión delligando al TCR desencadena la activación de los linfoci-tos ha sido uno de los temas más fascinantes de la re-ciente biología molecular y celular. En él destacan, la fos-forilación de la proteína consecuente al acoplamientocon el ligando y la producción de una gran variedad de

66


citoquinas; entre ellas, las interleuquinas (IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6 e IL-10), el factor estimulante de coloniasde granulocitos-macrófagos (GM-CSF), el factor a denecrosis tumoral (TNF-a) y el interferón-y (IFN-y). Lacomplejidad de los sucesos de la transducción de señalesiniciados en la membrana plasmática de las células T, yfinalizados en el control nuclear de la expresión génica delas linfoquinas, constituye uno de los más interesantesmodelos de interacción entre los ingredientes espacio-temporales del sistema. La coordinación de estos facto-res es crucial para la regulación de la respuesta inmuni-taria. En resumen, el acoplamiento del TCR provoca laactivación de múltiples proteína quinasas no receptoras;

entre otras, las proteínas p56 y p59 de la familia src, quemedian en muchas de las subsiguientes reacciones de fos-forilación. Así, la fosforilación de tirosina inicia una cas-cada de señales por modulación de la actividad de una fos-folipasa C (PLC-Yi), requerida para la hidrólisis defosfoinosítidos, y de otras enzimas generadoras de seña-les intracelulares. La activación de PLC causa la hidróli-sis de fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2)> con la for-mación de segundos mensajeros: diacilgliceroles e inositoltrifosfato. Estos segundos mensajeros son responsables, res-pectivamente, de la activación de la proteína quinasa C(PKC) y el incremento de Ca"+ intracelular. Esta es la ra-zón por la que los inhibidores de tirosina quinasa pre-

CD45 CD4 CD5

complejo CD3e 5 E y

extracelular

¡ntracelular

familia zeta

T

Pl 4-quinasa|

Tyr505 , p56Ick

Pl 4-quinasafp 120/130ISH3I SH2

ZAP-70 m-Sos

ruta A

T •metabolismo Pl 3,4-P2

de Pl Pl 3,4,5-P3

I IPl 4 , 5 - P 2 —

ruta B

Q •PLC Y MAP-2 quinasa

1P3DAG

ra 2+

IFig. 14

67


vienen la expresión génica de las linfoquinas. Sin em-bargo, los mecanismos por los que la activación de lasproteína quinasas, incluyendo la de la PKC, se transdu-cen al núcleo celular no está aún aclarada por completo,si bien se ha identificado un cierto número de entidadesmediadoras; por ejemplo, la acumulación del producto delprotooncogén p21ras sugiere su participación en el cursode la migración de la señal desde la membrana. La listade polipéptidos fosforilados en la tirosina crece progresi-vamente, incluyendo en la actualidad los sustratos CD45,PLCYp PLCy2, TCR-tj), FceR, proteína quinasa activa-da por mitógenos, proteína activante de GTPasa ras y lasquinasas src (p56lck, p59fyn, p50csl<).

Una de las características más sobresalientes del es-quema general de transducción de señales es la de los re-ceptores poseedores de actividad enzimática de tirosi-na quinasa (RTKs). Muchos receptores de factores decrecimiento son tirosina quinasas que poseen un domi-nio catalítico citoplásmico, capaz de autofosforilación yfosforilación de sustratos celulares, tras la unión del li-gando a los dominios SH2 (figura 14). Así, por ejem-plo, cuando el factor de crecimiento fi derivado de plaquetas(PDGF/3) activa el correspondiente receptor, su regiónintracelular se une a la fosfatidilinositol 3-quinasa, al fac-tor activante de GTPasa, a \z fosfolipasa Cy, y al c-src. Elreceptor de insulina es otro ejemplo de un RTK en quela unión del ligando activa una fosfatidilinositol 3-qui-nasa que no está físicamente asociada al receptor. Lamayoría de los factores de crecimiento estimulan un gru-po de proteína quinasas intracelulares, que incluye Raflquinasa, la proteína quinasas activadas por mitógenos(MAP) y la proteína quinasa C. La Rafl quinasa apare-ce como esencial para la proliferación de fibroblastosinducida por suero y la activación de genes específicoscomo c-fos.

Además de los receptores clonotípicos de células T, losdiferentes tipos de células de la línea linfoide-mieloide ex-presan constitutivamente una familia de proteínas cono-cidas colectivamente como receptores Fe (FcR), que de-sempeñan una variedad de funciones en la iniciación y enla elaboración de la respuesta inmunitaria. Los receptoresFcR se expresan en las células de todas las estirpes hema-topoyéticas, a excepción de las eritroides. Las células B, lascélulas NK, los macrófagos, las células cebadas, los gra-nulocitos y las plaquetas expresan constitutivamente altosniveles de FcR, modulados por el estado de activación.Estos receptores FcR no se detectan en las células T con-vencionales en condiciones básales.

Si la membrana celular es la sede de la recepción de ladiversidad de señales externas, y, efectivamente, las pro-teínas, bajo la forma de receptores, constituyen las entidadesmoleculares fundamentales, no puede olvidarse la pre-sencia de ciertas especies de lípidos en cuanto a su in-mediata colaboración en la recepción de las señales. Porejemplo, el fosfatidilinositol 4,5-bifosfato y el fosfatidili-nositol3,4,5-trifosfato son capaces de interaccionar con cier-tas regiones —dominios PH— de muy diversas proteínas,

a las que atrae y sitúa en el seno de la membrana. Con arre-glo a este mecanismo actúa un componente central del re-ceptor de insulina con actividad de proteína quinasa(PKB). PKB posee un dominio PH que liga específica-mente y con gran afinidad a Ptdlns (3,4,5)P3, lo que oca-siona un cambio conformacional de la proteína que ex-hibe un residuo de treonina para ser fosforilado por laquinasa PDKl. Esta co-localización de ambas, PKB yPDK1, es dependiente del fosfoinosítido, y permite laactivación de PDKl y la fosforilación ulterior de PKB(figura 15).

Por otro lado, la hidrólisis de Ptdlns (4,5)P2por fosfoli-pasa C (PLC) genera diacilgliceroles (DAG) que activandiversas especies de proteína quinasa C. Otro tipo de fos-folipasas, la fosfolipasa D (PLD), activada por una varie-dad de estímulos celulares, cataliza la hidrólisis de fosfa-tidilcolina de membrana con formación de ácidofosfatídico. Posteriormente, la acción de una fosfohidro-lasa sobre el ácido fosfatídico origina asimismo diacilgli-ceroles. Fenómenos que guardan estrecha relación con laelaboración de los segundos mensajeros.

Proteínas G y fosfolipasas

Las proteínas G pertenecen a una gran superfamilia deproteínas homologas ligantes de nucleotidos de guanina,implicadas en la cascada de algunos de los mecanismosde transducción de señales. Y así ocurre con los receptorescuya estructura está basada en siete dominios transmem-branares, que transducen a través de la membrana todauna serie de señales desencadenadas, por ejemplo, porneurotransmisores, hormonas, feromonas y odorantes. Laparticipación de las proteínas G en la regulación de estasactividades fue sugerida inicialmente por los requeri-mientos específicos de nucleotidos de guanina en la esti-mulación hormonal.

De igual manera, a las moléculas efectoras pertenecenlas fosfolipasas A2 y C y una plétora de canales de iones ytransportadores. Estas proteínas ligan e hidrolizan GTP, yparticipan en la regulación de fenómenos celulares fun-damentales, al estilo de la transducción de señales, tráficode proteínas, proliferación, diferenciación y transcripción.Ya ha sido mencionada la implicación de proteína (tiro-sina) quinasas (PTKs) en la regulación de la isoforma defosfolipasa C, PLC-Yp que genera diacilgliceroles e inosi-tol fosfatos, a través de los receptores de antígenos de lascélulas T y B. Otra isoforma de fosfolipasa C, PLC-(3, seactiva a través de los mismos receptores sobre linfocitos,pero mediada por las proteínas G.

Las proteínas (7 son heterotrímeros compuestos de tressubunidades diferentes: a (39-46 kDa), (3 (37 kDa) yY (8 kDa). Las subunidades a poseen una única locali-zación de alta afinidad para GDP o GTP, de manera quela a-GDP se une fuertemente al par (3y dando lugar aaGDpPY> inactivo y estimulado por la acción del ligandosobre el receptor para llevar a cabo el intercambio conGTP. En la forma activa, aGTP se disocia de Py, y ambos


receptorde insulina Ptdlns (3,4)P2 o

Ptdlns(3,4,5)P3

PKBactivo

PI3-K

PKBinactivo

quinasa

Fig. 15

PKBactivo

—a(;[P y (3y- interaccionan específicamente en el con-trol de sus respuestas celulares. En la actualidad se handescrito más de veinte tipos de subunidades a que seusan tradicionalmente para definir las proteínas hetero-triméricas purificadas: Gs (neuroepitelio olfatorio), G¡(cerebro, conos y bastones de la retina, papilas gustati-vas, plaquetas), GM (células B y T, células mieloides, pul-món, riñon, hígado) y G l2 (muy extendida). Cada unade estas familias interacciona con particulares receptoresy efectores; entre ellos, adenilato ciclasa, fosfolipasas C(P,, P2, j33), fosfolipasa A2, y canales de Na*, K+ y Ca2+.Frecuentemente, las subunidades a dan cuenta de la ac-tividad primaria de las proteínas G. Asimismo, se vanencontrando nuevas funciones para los dímeros Py, en-tre otras la regulación de: canales de K+, fosfolipasa A2,adenilato ciclasa (tipos I, II y IV), fosfolipasas p,_3, qui-nasas de los receptores muscarínicos y P-adrenérgicos.Además, el conjunto Py es capaz de regular la función delos receptores, aumentando su capacidad de interaccióncon la subunidad a o para posibilitar la desensibiliza-ción de receptores por la acción de sus quinasas especí-ficas.

La modulación de la actividad de las proteínas G seha estudiado sobre todo en las dos formas interconver-tibles de la familia ras: la activa, ligada al GTP; y la inac-tiva, ligada al GDP. El ciclo GTP/GDP de estas proteí-nas aparece regulado por dos clases de factores: 1)

proteínas activadoras de GTPasa; y 2) proteínas esti-muladoras del intercambio de GDP por GTP, devol-viendo a las proteínas G su estado activado. Por otrolado, la capacidad del conjunto py para interaccionarcon la subunidad a en la proteína G de retina, está mo-dulada por la fosfoproteína fosducina. Las proteínasarrestinas aparecen implicadas en la regulación de mu-chas cascadas de señales en las que el receptor se acoplacon proteínas G.

Dadas las numerosas funciones fisiológicas asignadas alacoplamiento de las proteínas G con los receptores en laneurotransmisión, la acción hormonal, la visión, el olfa-to y la quimiotaxis, cabe pensar en la existencia de nu-merosas anormalidades moleculares tanto de receptorescomo de proteínas G, y las consiguientes alteraciones pa-tológicas. Así, por ejemplo, los defectos moleculares deuna forma poco frecuente de hipertiroidismo y de la pu-bertad precoz familiar se han identificado con mutacionesde los receptores acoplados con proteínas G.

La interleuquina 8 es uno de los más potentes quimio-atrayentes de neutrófilos, y mediante la migración trans-endotelial de neutrófilos inducida por citoquinas, indu-ce la angiogénesis y desencadena una variedad de efectosasociados con la respuesta inflamatoria. Y los receptoresen los neutrófilos de esta interleuquina 8, designados comoa y p, están acoplados con proteínas Gy se activan por fos-folipasa C.

69


Segundos mensajeros

Ya ha sido mencionado que de la interacción de men-sajeros externos con receptores específicos de la superficiecelular, se origina la primera etapa de la cascada de acon-tecimientos moleculares que subyacen en la transducciónde señales. En muchos casos, la estimulación de estos re-ceptores da lugar a la activación de proteínas efectoras;enzimas o canales de iones, que movilizan segundos men-sajeros químicos que inician las acciones características enel interior de la célula. Así, la activación de fosfolipasaC-/3 -a través del receptor ligado a proteína G- y de fos-

folipasa C-y -mediada por tirosina quinasa- producen se-gundos mensajeros intracelulares, a saber inositol 1,4,5-tri-fosfato (IP3) y diacilgliceroles (DAGs). IP3 moviliza losdepósitos intracelulares de calcio, mientras que los DAGsson activadores fisiológicos de la proteína quinasa C. Enmuchas células, IP, media los efectos de los receptores, li-gados a la hidrólisis de fosfoinosítidos, sobre la moviliza-ción de calcio intracelular (figura 16).

El creciente número de metabolitos de ¡nositol fosfatoencontrados, ha llevado a la consideración de que otros ino-sitol fosfatos puedan llevar a cabo importantes funcionescelulares. Así, la función de IP4 aparece ligada a la regu-lación celular de los flujos de Ca*+; IP5 regula la afinidadde la hemoglobina aviar hacia el oxígeno; mientras queambos, IP, e IP6, se han descrito como neurotransmiso-

res. Los pirofosfatos IP5P e IP6P se encuentran en dife-rentes estirpes celulares y en el hongo Dictyostelium dis-co ideum.

La actividad de la fosfolipasa C sobre fosfolípidos, fos-fatidilinositol y fosfatidilcolina contribuye a la generaciónde DAGs, mientras que la hidrólisis por fosfolipasa A, pro-duce ácidos grasos, preferentemente insaturados, y liso-fosfolípidos. La fosfolipasa D produce ácido fosfatídicoque, a su vez, rinde DAGs por la acción de una fosfohi-drolasa específica. Todos estos metabolitos lipidíeos seproducen como respuesta a la degradación de fosfolípi-dos de membrana, inducida por señales particulares, y de-sempeñan su papel más importante en la activación de laproteína quinasa C que posee, a su vez, toda una colec-ción de acciones en el interior de la célula. La concurren-cia de la acción de las fosfolipasas D y A2 sobre fosfolípi-dos produce monoacilglicerol 3-fosfato (ácidolisofosfatídico), potencial mensajero intracelular regula-dor del crecimiento y la motilidad celular.

Por otro lado, la adenilato ciclasa y la guanilato ciclasa per-tenecen a las enzimas efectoras activadas por receptoresacoplados a sus ligandos extracelulares. Como resultado deesta activación se originan los mensajeros intracelularesAMP cíclico y GMP cíclico que regulan funciones bioquí-micas características de los tejidos blancos, nucleótidoscíclicos que, hace varias décadas, mostraron su capacidadde regulación sobre la acción hormonal. El segundo men-

complejoTCR

CD28

Ptdlns (4,5)P2

Ptdlns (1,4,5)P3

NF-AT1

transcripción génicaFig. 16

70


estímuloextracelular

proteína G

MAPKKKK

MAPKKK

MAPKK

MAPK

mitógenos, Ca2+ calor, UV, estrés osmótico,citoquinas, UV TNF a, IL-1 arsenito, UV

Rae, Cdc42 Rae, Cdc42

(PKC?)

factor detranscripción

Raf

IMEK1, MEK2

IERK

yGCK, (Pak?)

iMEKK1

*JNKK/SEK/MKK4

(Pak?)

?

iMKK3

suero

RhoA Rae, Cdc42

*

complejoternario SRE

SRE

Fig. 17

sajero AMP cíclico ejerce prácticamente todos sus efectosa través de su acción activadora de la proteína quinasa de-pendiente de cAMP (PKA), mientras que el GMP cíclico ac-tiva una específica proteína quinasa dependiente de cGMP,localizada predominantemente en el cerebelo y el múscu-lo liso.

Proteína quinasas y proteína fosfatasas

Se han identificado hasta el momento presente varioscentenares de proteína quinasas y proteína fosfatasas, regu-ladas por segundos mensajeros, que participan en una di-versidad de respuestas frente a toda una colección de es-tímulos fisiológicos. Por la acción de ambas enzimas tienenlugar fenómenos de fosforilación o defosforilación, sobreresiduos de serina, treonina o tirosina, que desencadenancambios conformacionales en las proteínas que sirven desustratos.

La actividad de la proteína quinasa C se regula por losDAGs, esenciales para el mantenimiento de las respues-tas celulares. Se ha definido una serie de subespecies dePKC: cPKC (a, (31, (311, y), nPKC (ó, e, TI, 6) y aPKC(£,, X)y poseedoras de diferentes propiedades fisicoquímicasy reguladoras, así como distinta expresión en tejidos y lo-calización intracelular. Todos los miembros de la fami-lia de PKC son dependientes de fosfatidilserina y exhi-ben diferentes requerimientos de Ca2+ y metabolitos defosfolípidos. Todas las subespecies de cPKC se activanpor la misma serie de efectores: Ca2*, DAGs, ácidos gra-sos libres y lisoPC. Difieren, sin embargo, en la expre-sión tisular; así, mientras que la distribución de PKCaes universal, la de PKCy está restringida exclusivamen-te al cerebro.

La activación de la proteína quinasa C reduce el pépti-do (3/A4, derivado del precursor de la proteína amiloidede la enfermedad de Alzheimer, lo que ofrece la posibi-lidad de influir sobre la producción del péptido (3/A4.Muchos otros procesos fisiopatológicos se encuentranparticipados por la proteína quinasa C. Igualmente, sehan definido ciertas conexiones entre quinasas, por ejem-plo las establecidas con motivo de la transducción de se-ñales mitogénicas -factor de crecimiento derivado de pla-quetas (PDGF), factor de crecimiento epidérmico (EGF),factor de crecimiento nervioso (NGF)- que se inicia enla autofosforilación de los respectivos receptores por ac-tivación de los dominios intrínsecos con actividad qui-násica. La señal se traslada por mediación de MAPK -pro-teína quinasas activadas por mitógenos—, serina/treoninaquinasas, de gran versatilidad en toda una colección deprocesos de transducción de señales —factores de creci-miento, agentes de diferenciación, neurotransmisores,choque térmico- en virtualmente todos los tipos de cé-lulas. MAPK existe en forma defosforilada en célulasquiescentes o sin estimular, y se activa por una MAP qui-nasa quinasa que cataliza la fosforilación combinada detreonina y tirosina. La cascada de MAPK (señal —» rasp21 -* MAPKKK -* MAPKK -* MAPK) se conservaen diversos procesos de transducción de señales, desde laslevaduras a los vertebrados (figura 17). Una característi-ca singular de esta familia de proteína quinasas es la exi-gencia de fosforilación dual, en treonina y tirosina, parasu completa actividad.

La proteína quinasa A (proteína quinasa dependientede AMP cíclico) y la CAM quinasa (proteína quinasadependiente de calcio y calmodulina) participan en nu-merosos procesos fisiopatológicos, entre otros los vin-

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culados a transmisión sináptica excitatoria -la plastici-dad sináptica, el desarrollo neuronal y diversas condi-ciones neuropatológicas- mediados por receptores deglutamato. Estos receptores se modulan directamentepor fosforilación y se sugiere que una regulación diná-mica de los receptores excitatorios se asocia con algunasformas de aprendizaje y memoria en el cerebro de ma-míferos.

Un nuevo tipo de proteína quinasas utiliza DNA comoseñal de su actuación enzimática. La fosforilación activa-da por DNA se ha observado en Usados de reticulocitosde conejo y en oocitos, huevos o embriones de inverte-brados marinos. Esta proteína quinasa activada por DNAes una proteína quinasa nuclear que cataliza la fosforila-ción de serina/treonina.

INFLAMACIÓN

La inflamación, fenómeno en apariencia sencillo, poseeuno de los más complejos mecanismos fisiopatológicospara interpretar la relación entre las causas iniciadoras delproceso y los efectos finales comunes a todas ellas. Las cau-sas iniciadoras de la inflamación pueden reducirse a dos:los traumatismos físicos de diversa naturaleza y la estimu-lación por antígenos, que pueden participar bajo formasdistintas: la penetración de un agente infeccioso, las infeccionescrónicas y los complejos autoinmunes. Los efectos finales seconcretan en tres grupos generales de acciones: aumentodel flujo sanguíneo en la zona, incremento de la permeabi-lidad vascular capilar y la migración de varios tipos de célu-las hacia los tejidos en que la inflamación se localiza.

Las diversas causas inductoras de la inflamación con-ducen a los variados efectos finales a través de una com-plicada red de mecanismos de regulación en la que parti-cipan múltiples sistemas de reconocimiento, sistemas celularesy sistemas enzimáticos de actuación en cascada. Todos estosmecanismos tienen en común su participación en la ela-boración de mediadores -citoquinas, linfoquinas, activa-dores, agentes quimiotácticos, etc.— que cumplen fun-ciones variadas en la globalidad de los efectos de lainflamación.

En el conjunto de los sistemas de reconocimiento parti-cipan, por un lado, el reconocimiento específico de los antí-genos, característico de la respuesta inmunitaria adaptati-va, con sus dos tipos de moléculas implicadas, lasinmunoglobulinas (Ig) y los receptores de antígenos delos linfocitos T (TCR); y, por otro, las variadas muestrasde reconocimiento celular por parte de receptores de loslinfocitos y las células accesorias, mastocitos, basófilos y pla-quetas. La migración de los leucocitos, uno de los múlti-ples efectos de la inflamación, se basa asimismo en el re-conocimiento celular debido a la presencia de marcadoresde superficie en los leucocitos, y de moléculas de adherenciaen las células endoteliales.

Los sistemas enzimáticos de actuación en cascada partici-pantes en el proceso de inflamación, que, interrelaciona-

dos, desempeñan a su vez un papel importante en lahomeostasis general, responden a cuatro tipos principales:coagulación, fibrinolisis, quininas y complemento. Algunosde los productos finales de estos sistemas actúan directa-mente en la consecución de efectos finales del tipo de lavasodilatación, la permeabilidad vascular, el quimiotac-tismo, la contracción de los músculos lisos o la movilidadcelular, pero pueden actuar asimismo sobre algunas de lascélulas integrantes del sistema de células accesorias.

Las células accesorias -mastocitos, basófilos y plaquetas,principalmente- producen también mediadores de infla-mación, tales como el factor de activación de plaquetas(PAF), prostaglandinas, leucotrienos, tromboxanos, citoqui-nas, interleuquinas, etc., para lo cual necesitan ser activa-das por ligandos diversos, entre otros, las inmunoglobu-linas y los antígenos. Así, la acción de los antígenos sobrelos mastocitos provoca su desgranulación y la liberaciónde mediadores como histamina y sus derivados; y la reac-ción de los antígenos sobre los linfocitos T provoca la li-beración de linfoquinas que activan los macrófagos y pro-ducen mediadores de la inflamación. Estas dos acciones delos antígenos inician algunas de las reacciones de hiper-sensibilidad inmunológica (tipos I y IV).

Así pues, del complejo mecanismo responsable de la res-puesta inflamatoria a una acción externa forma parte de todauna colección de entidades moleculares, conexionadas en-tre sí, que posee como fundamento físico común la trans-misión de señales a través de interacciones ligando-proteí-na o proteína-proteína. Interacciones que contribuyen aelaborar la compleja red reguladora de la inflamación. Enrealidad, red de transducción de señales, con entradas-hs cau-sas inductoras- y salidas -los efectos finales- de múltiplenaturaleza. Y dentro de esta compleja red caben aislarsediversos aspectos parciales; entre ellos, los siguientes:

1. La acción desencadenante de la respuesta inflama-toria por parte de los antígenos, a través de ambasrutas de recepción: linfocitos B y linfocitos T.

2. La contribución de los antígenos de histocompatibi-lidad HLA (clases I y II) en la presentación de losantígenos y los superantígenos por ciertos tipos decélulas: las células presentadoras de los antígenos.

3. La participación de los receptores no convencionales-y /6- de linfocitos T.

4. La función de los co-receptoresy la participación delas moléculas coestimuladoras, asociadas a la pre-sentación de antígenos.

5. La variedad de estímulos extracelulares producto-res de lesiones celulares, al lado de las citoquinasinflamatorias, tales como el choque térmico, la irra-diación, las terapias citotóxicas, el daño del DNA pormedicamentos, etc., y su vinculación a la accióntransductora de cascadas específicas de proteína qui-nasas y de proteínas G.

6. La diversidad de citoquinasproinflamatorias.7• Los diferentes sistemas de adhesión, moduladores

de las interacciones leucocitos-células endoteliales.

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8. La gran variedad de los efectos inflamatorios fina-les, desde la inflamación sistémica y las enfermeda-des inflamatorias autoinmunes —la artritis reuma-toide, la cirrosis biliar primaria, la diabetesdependiente de insulina, por ejemplo— a la infla-mación de órganos y tejidos particulares -ateros-clerosis, uveitis, inflamación crónica de la veji-ga, etc.-, e, incluso, a la inflamación debida a lapresencia de proteínas específicas inductoras de ar-tritis autoinmunes -colágenos II y XI y la proteínano colagenosa agrecano.

9. La regulación de enzimas inducibles, tales como laóxido nítrico sintasa (¡NOS) y la prostaglandina sin-tasa/ciclooxigenasa y su contribución a la respuestainflamatoria.

10. La implicación de la migración de ciertas células enla génesis de lesiones celulares del tipo de las pla-cas aterosclerósicas y la reestenosis arterial, y la parti-cipación de nuevas proteínas superficiales, como lasintegrinas complejas, y, entre ellas, la integrína aVB3.

11. Las posibilidades de regresión del conjunto inflamatorioy la participación en ella de citoquinas especiales.

12. La inhibición de la producción de citoquinas infla-

matorias.

Uno de los más destacados aspectos parciales del procesoinflamatorio se refiere a las etapas superadas desde el des-cubrimiento en las membranas de los linfocitos humanosde las proteínas HLA —expresión génica del complejo prin-cipal de histocompatibilidad, localizado en el brazo cor-to del cromosoma 6- hasta su participación en el proce-sado de los antígenos y, como tal, en los detalles de laactivación de los linfocitos B y T.

En efecto, las proteínas HLA fueron descubiertas en elhombre, en 1958, por el inmunólogo francés Dausset,veinte años más tarde de su descubrimiento por Gorer enel ratón, y a las que se responsabilizó de los rechazos de losinjertos de piel entre donadores y receptores de cepas di-ferentes. Los estudios genéticos, químicos y físicos, de lasdiferentes clases, I y II, de estas proteínas, permitieron enseguida el perfecto conocimiento de la estructura prima-ria y su disposición en la membrana celular, de la estruc-tura tridimensional y la presencia de diversos dominiosmediante difracción de rayos X, de las localizaciones en lasque se experimentan fosforilaciones, y de su existenciabajo numerosas formas polimórficas. A fin de cuentas, unextraordinario polimorfismo génico manifestado bajo nu-merosas estructuras primarias diferentes. Estas propieda-des de las proteínas HLA y, obviamente, su polimorfismonotable se adscriben inmediatamente a los fundamentosresponsables de la histocompatibilidad, razón de su des-cubrimiento; y, así, las proteínas HLA se vinculan a lapuesta en marcha de la respuesta inmunitaria, a través desu presencia en la presentación de los antígenos a las célu-las B y T. La dicotomía estructural de las proteínas HLAde las clases I y II se traduce en los dos distintos mecanismosde procesado de los antígenos: la clase I tiene que ver con el

procesado de los antígenos celulares, y la clase II con losextracelulares. Tras el procesado de las proteínas antigénicas,éstas se transforman en péptidos sencillos que se acomo-dan en un surco que forma la disposición espacial de lasproteínas HLA -particularmente sus dominios a l y a2en las de la clase I-. A lo largo de este surco se disponenlas regiones hipervariables de las proteínas HLA, causadel polimorfismo. Y, así, el fruto de la interacción HLA-péptido antigénico es el que se presenta a las células; y, porejemplo, los péptidos derivados de los antígenos intrace-lulares se presentan por lo general a las células T CD8* porlas moléculas de la clase I que se expresan virtualmenteen todas las células; en tanto que los péptidos derivadosde los antígenos extracelulares se presentan, por lo gene-ral, a las células T CD4* por las moléculas de la clase II pre-sentes en las células especializadas. A dos de estas propie-dades, el polimorfismo, por un lado, y la induccióninmunitaria, por otro, se debe la vinculación de toda unalarga serie de enfermedades autoinmunes -diabetes, ar-tritis, enfermedad celíaca, esclerosis múltiple, etc.- a mar-cadores estructurales. Y de aquí surge la relación de losmotivos estructurales de las proteínas HLA con la pre-dicción de las alteraciones autoinmunes (figura 18).

Este conjunto HLA-péptido antigénico contacta con elreceptor de las células T, estableciéndose así un engarcemolecular del tipo:

célula presentadora-//¿/l-/'i?/)íz'ia'o-TCR-linfocito T

Conjunto HLA-péptido antigénico que, a su vez, inte-racciona con otras moléculas del tipo de CD4, CD2, LFA,ICAM, etc., que, a modo de bridas intercelulares, favorecenla capacidad de las células para presentar el antígeno a loslinfocitos T. Conjunto HLA-péptido antigénico cuyo co-nocimiento contribuye, de otro lado, al diseño racional demedicamentos en su capacidad de optimizar la afinidad yla especificidad de unión de ligandos, sustratos o inhibi-dores, a las superficies de las proteínas. Esta presentaciónde los péptidos antigénicos a los receptores de los linfocitosT, CD4\ por parte de las células presentadoras (APC)con moléculas de la clase II, ejemplifica también la exis-tencia de interacciones proteína-proteína a modo de bridasintercelulares para favorecer la transducción de señales y lasecreción de citoquinas. La transducción se inicia en la fos-forilación de residuos de tirosina de las cadenas del com-plejo CD3, de las proteína quinasas de las familias src(p56lck, p59lyn) y syk (ZAP-70) y de la PI 3-quinasa. En lacascada de este flujo de señales participan la fosforilaciónde la fosfolipasa C yl y la hidrólisis de fosfoinosítidos, loque conduce a un flujo intracelular de Ca~+ y a la activa-ción de la proteína quinasa C. Y al final se encuentra la ge-neración en el núcleo de factores de transcripción que faci-litan la expresión de los genes de interleuquina-2 y otrascitoquinas. Algunos defectos en estos fenómenos de trans-ducción de señales en las células T constituyen la base delas alteraciones en la inmunogenicidad de ciertas célulastumorales, colorrectales y renales, de modo principal.

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antígenoextracelular

\CTL

I fagocito

Fig. 18

MHC clase I

transferencia al citosol

fagocitosismacropinocitosisendocitosis

exocitosis

síntesis de MHC

p2-mMHC clase I

retículo endoplásmico

APOPTOSIS

El mecanismo de suicidio celular o apoptosis es un pro-ceso biológico fundamental de activación programada deuna cascada de señales, que participa en el desarrollo y lahomeostasis de los organismos multicelulares. Las célulasmueren por apoptosis en el embrión en desarrollo duran-te la morfogénesis o la sinaptogénesis, y en el animal adul-to durante el metabolismo tisular o con motivo de la res-puesta inmunitaria. Y al igual que en otros mecanismos detransducción de señales, ciertas células poseen sensoresespeciales en la superficie o receptores de muerte que de-tectan la presencia de señales extracelulares de muerte, trascuya interacción se desencadena la maquinaria condu-cente a la muerte celular.

La apoptosis juega un papel central en el desarrollo y lahomeostasis en los metazoos. Así, las células mueren porapoptosis en el embrión en desarrollo durante la morfo-génesis o sinaptogénesis, y en el adulto durante el meta-bolismo celular o al final de la respuesta inmunitaria. Ypuesto que la función fisiológica de la apoptosis es crucial,la distorsión de este proceso es causa de importantes al-

teraciones patológicas. Así, la desregulación temporal dela apoptosis de ciertas neuronas cerebrales contribuye ala génesis de las enfermedades neurodegenerativas, tipoAlzheimer y Parkinson; mientras que el fallo de las célu-las en división para iniciar la apoptosis por lesión del DNAlo hace en la génesis de la enfermedad cancerosa. En ge-neral, el comportamiento inadecuado de los mecanismosapoptóticos participa de numerosos procesos patológicosdel tipo de cáncer, infecciones virales y deficiencias in-munitarias.

De todas maneras, los acontecimientos apoptóticos noson tan recientes como ha querido suponerse. Así, proce-sos de esta naturaleza son propios del desarrollo linfocitariode los órganos linfoides primarios; las células B y T quefallan a experimentar la adecuada redistribución funcio-nal de sus genes o que implican los autoantígenos, estándestinadas a morir. Además, en el sistema inmune perifé-rico, la activación de células T por antígenos o superan-tígenos puede iniciar una expansión clonal y muerte sub-siguiente de la mayoría de las células activadas; fenómenoconocido como muerte celular por activación (AICD).


Maquinaria apoptótica

Y ha sido en los últimos dos o tres años cuando se hanidentificado las moléculas que medían este proceso de sui-cidio celular regulado, entre las que destacan las denomi-nadas caspasas (íysteinyl ¿zj artate-specific protein^») queestán relacionadas con la enzima convertidora de interleu-quina-lfí (ICE o caspasa-1) de mamíferos y con la proteínaCED-3, producto de un gen necesario para el suicidioapoptótico en el nemátodo Caenorhabditis elegans. Efec-tivamente, las caspasas se han encontrado implicadas en elproceso de apoptosis por análisis genético en C. elegans. Lamutación o delección del gen CED-3 conduce a la aboli-ción de la muerte celular programada que tiene lugar du-rante el desarrollo hermafrodita del nemátodo. Y la rela-ción del producto de este gen con la caspasa-1 de mamíferossugiere la vinculación de esta familia de caspasas con losacontecimientos bioquímicos que gobiernan la apoptosisen los mamíferos. Este nemátodo constituye un excelen-te modelo para el estudio de los componentes de la ma-quinaria de muerte celular. Tres productos génicos deC. elegans son esenciales para la apoptosis: mientras CED-3y CED-4 promueven la apoptosis, CED-9 la inhibe.CED-3 existe como zimógeno que se activa por autopro-teolisis; CED-4 se une a CED-3 y promueve la activa-ción de este; mientras que CED-9, al unirse a CED-4 yCED-3, mantiene inactivo a CED-3. Normalmente, exis-te el complejo CED-9/CED-4/CED-3, en el que CED-3permanece inactivo y los estímulos de apoptosis ocasionanla disociación de CED-9, con lo que se permite la activa-ción de CED-3 y, por tanto, la disponibilidad de la célu-la para experimentar la muerte celular por apoptosis en

La caspasa-1 es una proteasa responsable de la conver-sión proteolítica del precursor inactivo prointerleuquina1(5 de 31 kDa (proIL-l(3) a su forma activa de 17.5 kDa.La acción proteolítica ocurre en el enlace peptídico aspl ló-ala] 17. Así pues, la caspasa-1 es un ingrediente funda-mental de los procesos basados en la acción de IL-1, deltipo de las enfermedades inflamatorias como la artritisreumatoide. Recientemente, la caspasa-1 se ha visto im-plicada en la maduración proteolítica del factor de induc-ción delinterferón-y (IGIF), una citoquina de 18 kDa queestimula la producción de interferon-y por células T.

A su vez, la caspasa-1 se sintetiza bajo la forma de unaproenzima inactiva de 45 kDa, presente en el citoplasmacelular, y proteolíticamente activada para dar lugar a las dossubunidades de un dímero (una de 20 kDa y otra de 10kDa).

Una célula que simultáneamente es capaz de recibir se-ñales antagónicas, dirigiendo o atenuando su ciclo de di-visión, gobierna también la posibilidad de su apoptosis. Enlos vertebrados ha evolucionado una familia de genes aná-logos a los responsables de la muerte celular en C. elegans.En los mamíferos ha evolucionado otro mecanismo queposibilita a los organismos dirigir activamente la auto-destrucción de las células individuales; clase de apoptosis

de importancia especial en el sistema inmunitario. Lascaspasas de mamíferos son similares a CED-3. CED-4 tie-ne su homólogo Apaf-1 en mamíferos. CED-9 está rela-cionado con los productos de la familia de genes Bcl-2 enmamíferos que, a su vez, incluye dos subgrupos de proteínasque inhiben o promueven la apoptosis: las del subgrupo ICE(caspasas 1, 4y 5) que juegan un importante papel en lainflamación, y las del subgrupo CED-3 (caspasas 2, 3, 6, 7,8, 9 y 10) con una gran implicación en la apoptosis (fi-gura 19).

La transmisión de las señales de apoptosis se inician enlos receptores de la superficie celular por medio de ligan-dos específicos -ligandos mortales-. Tras la activación deestos receptores, se produce rápidamente la de las caspa-sas y, al cabo de algunas horas, la apoptosis celular. Losreceptores mortales pertenecen a la familia de los recepto-res de los factores de necrosis tumoral (TN¥), con dominiosextracelulares ricos en cisteína y, además, una secuencia ci-toplásmica conocida como dominio mortal (DD). Estos do-minios DD conectan los receptores con la maquinaria ca-paz de desencadenar la apoptosis celular, pero que, también,en algunos casos participan en otras funciones diferentes,o aun contrarias, a la apoptosis. Y algunas moléculas quetransmiten señales desde los receptores mortales contienentambién dominios del tipo DD. Los receptores mortalesmejor caracterizados son CD95 (sinónimos: FasyApo 1),TNFR1 (sinónimos: p55 y CD120a), receptor mortal3(DR3) (sinónimos: Apo3, WSL-1, TRAMP y LARD),

ligandos

Apo2L/ÍRAIL

DcR1

tipos dereceptores

H DcR2

adaptador

caspasa

caspasasefectoras

apoptosis Fig. 19

75


DR4y DR5 (sinónimos: Apo2, TRAIL-R2, TRICK 2 yKILLER). Los ligandos que activan estos receptores sonNGF o el conjunto de moléculas relacionadas pertene-cientes a la familia de NGF. Así, el ligando CD95 se uneal receptor CD95; TNFy linfotoxina a se unen a TNFR1;el ligando Apo3 (Apo3L y TWEAK) se une a DR3; y el li-gando Apo2 (Apo2L y TRAIL) se une a DR4y DR5.

La regulación de la actividad de las caspasas tiene lugarpredominantemente como consecuencia del proceso demaduración de las proenzimas. Las proenzimas inactivasse transforman en proteasas heterodiméricas catalíticamentecompetentes por rotura proteolítica de enlaces asp-X. Laactivación in vivo de las caspasas ocurre, al menos, me-diante dos mecanismos diferentes. De un lado, sucedeque las caspasas participan de una cascada de sucesivas ac-tuaciones proteolíticas en la que unas caspasas se activanpor otras caspasas o por proteasas de semejante actividad.Así, la serina proteasa granzima B cataliza la activación deotras caspasas efectoras; mecanismo que ha sido propues-to para la muerte celular mediada por linfocitos citotóxi-cos. De otro lado, se ha comprobado in vivo la existenciade un tipo de activación de caspasas por autoproteolisisintermolecular, por ejemplo en el modelo de apoptosisFas (sinónimos: Apo-1 y CD95). En este sistema, la unióndel ligando Fas-L o del TNF al receptor correspondiente(Fas o TNF-R) da lugar a un complejo de señalizaciónformado, en el primero de los casos, por su receptor es-pecífico, la proteína adaptadora FADD y la proenzimacaspasa 8, de forma que la interacción entre los dominiosintracelulares (DD), tanto del receptor Fas como del adap-tador FADD, produce la dimerización de las dos regioneshomologas. A su vez, FADD se asocia con la forma pro-enzimática de la caspasa 8 a través de la dimerización desus dominios homólogos (DED). Un mecanismo seme-jante se ha comprobado en el caso de la actuación delTNF como ligando y de la proenzima caspasa 2. Este tipode recientes resultados, en su conjunto, sugieren que lascaspasas efectoras son mediadoras de un proceso de muer-te celular, desencadenado en respuesta a una variedad deestímulos. Conjunto de actividades proteolíticas que danlugar a la formación de proteínas específicas, implicadasen el mantenimiento normal de las funciones celulares,de diversas proteínas estructurales y del fenotipo apoptó-tico (figura 20).

Varias caspasas pueden activarse por escisión proteolíti-ca, dando lugar a una cascada enzimática. De otro lado,las caspasas están conectadas con esfingomielinasas que ge-neran ceramidasy gangliosidos. Finalmente, hay que tenerpresente la existencia de una regulación de la apoptosis, y,entre las moléculas reguladoras, el óxido nítrico (NO) esuna de las más importantes.

Apoptosis y neurotransmisión

El bloqueo de los receptores NMDA (N-metil-D-as-partato), durante algunas horas del desarrollo fetal a tér-mino o de la primera vida neonatal, es capaz de desenca-

lcando Fig. 20

receptor

denar una amplia neurodegeneración apoptótica del cerebrode rata en desarrollo; lo que sugiere que el glutamato, neu-rotransmisor excitador, al actuar sobre los receptoresNMDA, controla la supervivencia neurona!. Hechos quepueden relacionarse con alteraciones pre y postnatal del de-sarrollo neuronal humano; entre las que se incluyen laanestesia pediátrica y la exposición postnatal a medica-mentos que bloquean los receptores NMDA, y el abusomaterno de drogas con repercusión prenatal.

Apoptosis e inflamación

El proceso apoptótico juega un papel fundamental enla patogénesis de la inflamación crónica, con la posibilidad,por tanto, de ser explotado terapéuticamente. Ciertas en-fermedades inflamatorias crónicas son gobernadas por lin-focitos T activados que participan en ciclos de infiltra-ción celular y destrucción de tejidos a través de la liberaciónde citoquinas que, a su vez, definen las respuestas inmu-

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nitarias humoral y celular en los órganos afectados. Lascélulas T se activan inicialmente por células presentado-ras de antígenos en los tejidos linfoides regionales; pero,en el asma, enfermedad inflamatoria crónica de las víasrespiratorias, la activación de los linfocitos auxiliares T(Th), con los marcadores superficiales CD4, dirigen ladestrucción tisular a través, principalmente, de sus cito-quinas IL-4 e IL-5, que promueven, respectivamente, lasensibilización hacia IgE de los tejidos respiratorios y la in-flamación eosinofílica. La gran cantidad de células CD4+

en las vías celulares asmáticas contiene una población ex-pandida de células T específicas de relativamente pocosantígenos. Las células T en reposo expresan muy pocosreceptores de apoptosis Fas, en tanto que durante la acti-vación se eleva su concentración de forma que son parti-cularmente susceptibles a la apoptosis mediada por Fas. Yla enfermedad crónica pudiera resultar simplemente del es-cape de algunas de estas células de la muerte programadapor interacción FasL-Fas; lo que también pudiera evitar-se mediante el empleo de anticuerpos activadores de Faso la administración de FasL adicional. Recientemente sehan identificado algunos pacientes raros con una eosino-filia sistémica ocasionada por la carencia de muerte celu-lar mediada por Fas. En cualquier caso, la especificidad ydiversidad de programas apoptóticos sugieren la posibili-dad de aproximaciones farmacológicas para el control dela cronicidad inflamatoria.

Apoptosis y cáncer

Y, finalmente, otra importante conexión con los meca-nismos de la apoptosis es la que relaciona la inhibiciónde las señales apoptóticas con la resistencia a la quimiote-rapia por parte de las células cancerosas. En efecto, la re-sistencia a la quimioterapia, adquirida o de novo, por lascélulas tumorales, impide el logro de resultados satisfac-torios en muchos casos de transformaciones malignas he-matológicas y de colon, pulmón y mama. Resistencia que,aunque pueda deberse a una diversidad de factores, talescomo el acceso vascular de los medicamentos, suele obe-decer generalmente a causas intrínsecas, entre las que seencuentran la disminución de la captura celular del medi-camento, la eliminación de los aducios DNA-medicamento,la amplificación génica del blanco, el incremento de la re-paración del DNA lesionado por el medicamento y, dadoque los antitumorales provocan un daño celular que inducela muerte celular programada —tal es el caso de la res-puesta de muchos tipos de células tumorales frente a cis-platino, adriamicina y Ara-C—, otro mecanismo de qui-miorresistencia puede ser la afectación de los propiosmecanismos de apoptosis.

La cascada de señales de proteína quinasas activadas pormitógenos (MAPK), en la que participa una gran familiade proteínas de amplia distribución entre los eucariontes,sirve a diferentes fines gobernados por estímulos extrace-lulares, entre otros Xa. promoción o la inhibición de la muer-te celular por apoptosis. En los sistemas de mamíferos se

han reconocido tres sistemas MAPK de señales: 1) la cas-cada de las proteína quinasas 1 y 2 reguladas por estímulosextracelulares (ERK 1 / 2); 2) la cascada de las quinasasp38HO(l; y 3) la cascada de la proteína quinasa activada porestrés (SAPK)(figura 21). Las MAPKs mejor estudiadasson las del primer grupo; se activan por fosforilación deresiduos de treonina y tirosina, iniciada por factores decrecimiento y mediada por una quinasa de especificidaddual. La ERK 1 / 2 es capaz de inducir la proliferación ce-lular, es decir, protege a las células de la apoptosis. De otrolado, tanto la activación de las SAPKs (también conoci-das como proteína quinasa c-Jun N-terminal, JNKs) comola p38HlXl, se activan por agentes estresantes, tales comoTNFa, IL-1, choque térmico, luz ultravioleta e isquemia.Además, las SAPKs se activan por una variedad de agen-tes quimioterápicos, tales como rá-platino, adriamicinay 1-|3-Darabinofuranosilcitosina. Activación que se lograasimismo por fosforilación de treonina y tirosina por qui-nasas específicas diferentes en ambos casos (figura 21).

Cómo de la activación de estas quinasas se sigue undaño genotóxico está comenzando a comprenderse. Unade las posibilidades consiste en que la lesión del DNAvaya ligada a la distorsión de la actividad de una proteínaquinasa DNA-dependiente. Esta proteína quinasa (DNA-PK) estimula la Abl quinasa que, a su vez, conduce a la ac-tivación de la SEK-1. La SAPK activada fosforila c-Jun yotros factores de transcripción. Los mecanismos que con-ducen a la activación de p38HO& por los agentes estresan-tes están ligados a la activación de ATF2, GADD153 y lasproteínas de choque térmico de bajo peso molecular. Pues-to que SAPK y p38HCX' se activan por estímulos genotó-xicos, cabe preguntarse acerca de su participación en lareparación de macromoléculas o, alternativamente, soncapaces de desencadenar apoptosis tras un daño extenso.El choque térmico induce la actividad de SAPK en la lí-nea de fibrosarcoma RIF-1, lo que es esencial para la apop-tosis celular. En células neurales diferenciadas, SAPK esesencial para la muerte celular tras la acción de factores tró-ficos; sin embargo, los ratones deficientes de JNK3 -iso-forma de SAPK específica de cerebro- son resistentes a laapoptosis del hipocampo tras estímulos excitotóxicos.

SAPK es asimismo un mediador de apoptosis en el tra-tamiento quimioterápico. El bloqueo de SAPK protege alas células de ciertos tipos de tratamientos, por ejemplo delas antraciclinas y las podofilotoxinas. Sin embargo, enlas células leucémicas U937, SAPK es esencial para laapoptosis provocada por ceramida, mediador de la cito-toxicidad de ciertos agentes quimioterápicos. Asimismo,la expresión ectópica de MEKK -un activador anteriorde SAPK- contribuye a la muerte celular por sensibiliza-ción de fibroblastos a los efectos letales de un cierto nú-mero de antitumorales.

Algunos otros reguladores moleculares de la apoptosispueden actuar a través de SAPK. Y entre los mecanismosatribuidos a SAPK para interpretar su participación enlos mecanismos de apoptosis, se sugiere una acción ante-rior a las caspasas, aunque en algunos tipos de ligandos,

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factores decrecimiento

Ras

1-Raf

MEK1MEK2

ERK 1/2

varios

- ^ * luz UV, TNF a IL-1, radiaciones ionizantes,^ ^ . medicamentos antineoplásicos, isquemia

esfingomielinasa

* ± f• • i? MEKK1 1

MKK3 ^ SEK1 /MKK4 •MKK6 SEK2/MKK7 •

|, |, Jp38HOG SAPKs/JNKs^^ •

MAP quinasa quinasa quinasa

MAP quinasa quinasa

MAP quinasa

GADD153 c-JunATF2 p53 factores de transcripción

* N 1 /proliferación celular detención del apoptosis

ciclo celularFig. 21

como en el caso de Fas, se activen las SAPKs en una po-sición posterior a la de las caspasas.

La mejor comprensión de los mecanismos molecularesde regulación apoptótica y la demostración de los defec-tos moleculares en la resistencia clínica a la quimioterapiatumoral, habrán de contribuir a diseñar nuevas estrate-gias farmacológicas para devolver a las células tumoralessu sensibilidad frente a los agentes quimioterápicos. Sin em-bargo, la gran complejidad de los fenómenos de apopto-sis posibilita la existencia de numerosas localizaciones dela anormalidad. Y, por tanto, la rápida identificación deestas alteraciones en muestras clínicas servirá para restau-rar en la práctica la respuesta apoptótica.

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