El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en la revista “Ciencia Hoy” (Volumen 10, n.º 58, agosto-septiembre 2000) para su difusión a través de FABA Informa.

La glicación de las proteínas y su participación en enfermedades humanas

PARTE II

F. Luis González Flecha, Pablo R. Castello, Juan J. Gagliardino* y Juan Pablo F.C. Rossi
Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas, UBA – CONICET *Centro de Endocrinología Experimental y Aplicada, UNLP – CONICET

La glicación de proteínas en la diabetes y el envejecimiento
En los pacientes diabéticos descompensados, la concentración de glucosa en la sangre, que en individuos sanos está sometida a un cuidadoso mecanismo de regulación, se encuentra sustancialmente aumentada. Además, tanto la falta de insulina cuanto la falta de respuesta de los receptores celulares para esta hormona hace que las células musculares y del tejido adiposo, que normalmente son los principales consumidores de glucosa, no puedan transportar este azúcar hacia el interior celular para su uso como fuente de energía. El resto de las células del organismo no requiere de insulina para captar glucosa, de modo que al aumentar la concentración de glucosa extracelular también aumentará la concentración de glucosa intracelular. De ese modo se favorece la glucosilación de gran número de proteínas tanto intra como extracelulares.
Como ya se ha mencionado en la parte I, las proteínas de vida media corta (como las del plasma sanguíneo) y aquellas que están presentes en células que viven poco tiempo (como es el caso de los glóbulos rojos) alcanzan a formar bases de Schiff o productos de Amadori. Se ha encontrado que estos compuestos están asociados, por ejemplo, al desarrollo de alteraciones de los vasos sanguíneos, alteraciones en el riñón, y al anormal funcionamiento del mecanismo de transporte del calcio (véase recuadro “La glicación de la bomba de calcio de la membrana plasmática” en:
http://www.ciencia-hoy.retina.ar/ hoy58/glicacionc2.htm).
Por otro lado, las proteínas de larga vida media como por ejemplo el colágeno, la mielina y la proteína del cristalino del ojo pueden llegar a transformarse en productos de glucosilación avanzada. Estos AGEs podrían estar implicados en el desarrollo de diversas patologías debidas a:
1. la glicación de proteínas estructurales que se encuentran fuera de la célula;
2. el desencadenamiento de procesos intracelulares a través de la unión de AGEs a receptores celulares accesibles desde la superficie extracelular de la célula;
3. la glicación de proteínas intracelulares.
En lo que sigue se dan algunos ejemplos que permitirán una mejor visualización sobre cómo operan estos mecanismos.
El componente fundamental de la matriz extracelular es una proteína llamada colágeno (figura 4 A, B y C). Cuando la glucosilación se produce en el colágeno localizado en las paredes arteriales y en los capilares sanguíneos pueden aparecer productos de entrecruzamiento no solo con otras moléculas de colágeno sino también con algunas proteínas plasmáticas, que en circunstancias normales son de vida media corta, como por ejemplo la albúmina, las inmunoglobulinas y las lipoproteínas de baja densidad. De esto resulta el engrosamiento y la disminución de la flexibilidad de las arterias y cambios en la permeabilidad de los capilares. Por este motivo se ha sugerido que la glucosilación estaría involucrada en el desarrollo de enfermedades vasculares, incluyendo la ateroesclerosis, y de trastornos renales. Esto último tendría lugar por daño a los capilares glomerulares que son los encargados de filtrar el plasma sanguíneo para que el riñón cumpla su función depuradora del medio interno.
(Ver figura 4).
Muchos de los efectos nocivos de los AGEs serían mediados por la unión a moléculas específicas (pertenecientes a la familia de las inmunoglobulinas) localizadas en la superficie de células tales como las células endoteliales, los monocitos, los macrófagos y las células del músculo liso de los vasos sanguíneos. La unión de los AGEs a estos receptores desencadena la generación de radicales libres de oxígeno, que modularían la función celular induciendo, por ejemplo, procesos inflamatorios y la activación de sistemas de eliminación de la proteína modificada. Además de la destrucción celular mediante procesos inflamatorios, los productos de glucosilación avanzada actuarían como inductores de la muerte celular programada o apoptosis.
Mediante anticuerpos específicos que reconocen a los productos de glucosilación avanzada se han detectado estos compuestos en el cerebro de individuos con enfermedad de Alzheimer y otras patologías neurodegenerativas. Estos AGEs tienen localización preferencial en algunas estructuras características de estas enfermedades tales como las placas seniles y los manojos neurofibrilares. Además se postula que estos AGEs también inducen el aumento de especies reactivas del oxígeno (estrés oxidativo) con el consecuente daño neuronal. Si bien esto no es suficiente para establecer un papel causal preponderante de los AGEs en la génesis de la enfermedad de Alzheimer, es consistente con tal hipótesis.
Los efectos biológicos de los AGEs no se restringen exclusivamente a quienes sufren de diabetes o tienen edad avanzada. En personas no diabéticas con insuficiencia en la función renal se observa la acumulación en el plasma de la sangre de proteínas modificadas hasta la etapa AGE debido a la falla de los mecanismos responsables de la transformación y eliminación de compuestos carbonílicos altamente reactivos (este proceso se llama estrés carbonílico).
Si bien hasta ahora sólo se ha mencionado la glicación de las proteínas, también puede glicosilarse el ácido desoxirribonucleico (ADN). Esto se debe a que el ADN –cuyo recambio es lento cuando las células no se encuentran en proceso de división– posee grupos amino primarios y se ubica dentro del núcleo celular en contacto con el azúcar reductor ADP-ribosa. Esto convierte al ADN en un candidato potencial para la formación de productos de glucosilación avanzada, hecho que efectivamente ha sido verificado en ensayos in vitro. Estos AGEs contribuirían a aumentar las alteraciones cromosómicas y al deterioro de la reparación, replicación y transcripción del ADN. Dichos cambios en el material genético disminuirían la capacidad de las células para renovar sus proteínas, comprometiendo la supervivencia del organismo.
Gran parte de los esfuerzos en el cuidado de la salud se dirigen actualmente a evitar las enfermedades relacionadas con el envejecimiento. Para esto es necesario mejorar la comprensión de las bases biológicas de los procesos que conducen a este estado. Los mecanismos que favorecen el envejecimiento actúan dañando distintos componentes del organismo incluyendo al ADN y a las proteínas y provienen de fuentes exógenas y endógenas. Entre las exógenas, se encuentran las radiaciones (luz ultravioleta, radiactividad, rayos X, etc.) y las sustancias que no se encuentran normalmente en el organismo (ciertos medicamentos, algunos componentes de los alimentos, contaminantes ambientales, etc.). Los factores endógenos son generados como consecuencia del metabolismo e incluyen principalmente el calor corporal, los radicales libres y los azúcares reductores. El envejecimiento y la diabetes se relacionan de manera tal que el efecto de la diabetes sobre muchos órganos y tejidos a menudo se describe como un envejecimiento acelerado. Muchas de las complicaciones que afectan a los pacientes diabéticos tales como las cataratas, la hipertensión arterial, el aumento de la susceptibilidad a infecciones y la ateroesclerosis representan la aparición precoz de procesos idénticos a alteraciones que se presentan en la vejez.
Se han propuesto varias teorías para explicar los procesos de envejecimiento. La teoría del estrés oxidativo postula como la principal causa de envejecimiento al incremento en el daño oxidativo con la edad. La teoría mitocondrial establece que la fuerza impulsora en el proceso de envejecimiento sería la acumulación de mitocondrias dañadas por efectos de estrés oxidativo. La teoría de la glicación sugiere que el entrecruzamiento generado en proteínas y ácidos nucleicos por glucosilación no enzimática contribuiría al decaimiento de las funciones del organismo propias del envejecimiento. Por otro lado se postula que el aumento de la concentración de (Ca2+) intracelular sería uno de los principales factores en la regulación de la injuria, muerte accidental o programada, proliferación, diferenciación y envejecimiento celulares.
En la actualidad se proponen hipótesis unificadas del envejecimiento como la denominada red deletérea del envejecimiento, que incluye la interacción del deterioro oxidativo, de defectos mitocondriales, de anomalías en el metabolismo del calcio y de reacciones de glicación de proteínas. Se ha comprobado que estos factores presentan estrechas vinculaciones entre sí. Las reacciones que conducen a los productos de glucosilación avanzada pueden generar intermediarios reactivos del oxígeno y, al mismo tiempo, el oxígeno y las reacciones de oxidación pueden acelerar las reacciones de glicación. Por otro lado, en este laboratorio se ha demostrado el efecto de la glicación sobre la bomba de Ca2+ que conduciría al aumento de la concentración de Ca2+ intracelular (ver recuadro “La glicación de la bomba de calcio de la membrana plasmática” en:
http://www.ciencia-hoy.retina.ar/ hoy58/glicacionc2.htm).
Dichas hipótesis unificadas postulan que en organismos vivos los factores de agresión, tanto internos como externos, producirían la acumulación –que depende de la edad– de factores desencadenantes. Cuando esta acumulación llega a un nivel crítico se activa la red deletérea del envejecimiento. Las teorías unificadas proveen explicaciones consistentes para un gran número de cambios vinculados al envejecimiento.