Mecanismos moleculares de regulación de la via mtorc1/p70s6k, autofagia y mitofagiapapel de tsc2

Resumen

La diabetes tipo 2 es una enfermedad progresiva, caracterizada por una resistencia a la acción de la insulina por parte de varios tejidos de nuestro organismo. En una fase inicial, las células beta pancreáticas son capaces de desarrollar mecanismos compensatorios como hiperplasia e hipertrofia, con el objetivo de mejorar dicha resistencia a la insulina. Sin embargo, llega un momento en el que se produce la pérdida de la viabilidad de las células beta. Aunque no se conocen de manera precisa los mecanismos moleculares por los cuales las células beta comienzan a fracasar, numerosos trabajos en la literatura demuestran que durante la progresión a la DT2 existe una hiperactivación de la vía del complejo 1 diana de rapamicina en mamíferos o mTORC1. Dicha hiperactivación es beneficiosa en la primera fase de la enfermedad, debido a que activa la proliferación celular de las células beta, pero de manera crónica contribuye al aumento del estrés de retículo endoplasmático y al fracaso celular. mTORC1 inhibe un proceso de control de calidad citoplasmático denominado autofagia, cuyo objetivo es la eliminación de proteínas u orgánulos dañados. El complejo de esclerosis tuberosa formado por las proteínas TSC1 y TSC2, tiene como función inhibir a mTORC1. El presente trabajo persigue contribuir al conocimiento de la regulación de la vía mTORC1, y las consecuencias sobre la modulación de la proliferación, la autofagia, y específicamente, la autofagia de mitocondrias denominada mitofagia. Para ello, hemos utilizado una línea de células beta denominada MIN6, y no beta pancreáticas, HEK 293T y MEF. Por un lado, la nicotinamida, inhibidor alostérico de la actividad desacetilasa de la sirtuina1 o SIRT1, estimuló la acetilación en lisinas de TSC2, así como aumentó el estado de ubiquitinación de TSC2, disminuyó su estabilidad, activó la vía mTORC1 e inhibió la autofagia. Por otro lado, el resveratrol, inductor de SIRT1, previno de la acetilación de TSC2, favoreció su estabilidad, inhibió a mTORC1 y activó la autofagia. También, demostramos que SIRT1 modula el estado de acetilación de TSC2 por su región amino terminal. Además, demostramos que los efectos observados con nicotinamida o resveratrol sobre la regulación de mTORC1 y la autofagia, son dependientes de TSC2. Otro objetivo fue analizar el efecto sobre mTORC1 de dos mutaciones puntuales de TSC2, K106Q y K599M, encontradas en pacientes con esclerosis tuberosa. El mutante TSC2 K106Q, considerado un acetil mimético, presentó una hiperactivación basal de mTORC1, un aumento en la ubiquitinación de TSC2, y una menor activación de la autofagia en respuesta a resveratrol. Además, tanto la nicotinamida como TSC2 K106Q favorecen la proliferación celular. De manera contraria, el resveratrol y TSC2 K599M bloquean la proliferación. El estado de acetilación de ambos mutantes, fue significativamente menor que el TSC2 WT, lo que sugiere que ambas lisinas son moduladas por acetilación. Por último, nos propusimos analizar la respuesta autofágica y mitofágica frente a un daño oxidativo, en las células MEF TSC2 WT y TSC2 KO. Observamos que las células TSC2 KO presentan una hiperactivación basal de mTORC1, un mayor número de mitocondrias o proteínas marcadas para su degradación, y una incapacidad de activar la autofagia en respuesta a CCCP. Asimismo, las células TSC2 KO presentan un defecto en la acumulación de PINK1 en la membrana mitocondrial con potencial desacoplado, y como consecuencia, se produce una menor translocación de la ubiquitin ligasa Parkina a la mitocondria. Por último, el tratamiento con rapamicina, clásico inhibidor de mTORC1, en las células TSC2 KO, favorece el proceso de mitofagia. Como conclusión, es preciso entender los mecanismos subyacentes que controlan la viabilidad de las células beta, para el desarrollo de nuevos tratamientos farmacológicos y estrategias preventivas que puedan retrasar o detener la progresión a la diabetes.