Mediadores de la respuesta celular al desarrollo de obesidad y enfermedad metabólica
- Autores: Julia Sánchez Ceinos
- Directores de la Tesis: Rocío Guzmán Ruiz (dir. tes.), María M. Malagón Poyato (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francesc Villarroya Gombau (presid.), Ana Gordon (secret.), Lluís Fajas Coll (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Córdoba
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. Introducción o motivación de la tesis:
La obesidad es la pandemia del siglo XXI. Así, la obesidad plantea un importante problema de salud pública debido a sus elevados riesgos de consecuencias adversas para la salud, entre otras varias enfermedades crónicas graves, como resistencia a la insulina (IR) y diabetes tipo 2 (T2D) [1]. Muchos factores y mecanismos han sido implicados en la patogénesis de la obesidad [2], pero su relación causal con las complicaciones de la obesidad permanece sin resolver. Sin embargo, hay pocas dudas de que la obesidad está estrechamente asociada con la disfunción del tejido adiposo, y que esta condición conduce al desarrollo de enfermedades metabólicas. El tejido adiposo es un órgano complejo con funciones principales en el control de la homeostasis energética, actuando no sólo como un depósito para el almacenamiento y la utilización de energía, sino también órgano endocrino que secreta diversos factores de señalización para regular otros tejidos metabólicos [3]. En obesidad, el tejido adiposo puede volverse gravemente disfuncional y no expandirse adecuadamente para almacenar el exceso de energía, lo que induce al depósito de grasa en otros tejidos (lipotoxicidad). Esta acumulación excesiva de lípidos en tejidos ectópicos provoca inflamación local e IR [4]. Desafortunadamente, los mecanismos moleculares y celulares que subyacen a la disfunción del tejido adiposo y sus implicaciones en el desarrollo de alteraciones metabólicas son ampliamente desconocidos.
El proceso de diferenciación de los preadipocitos a adipocitos (adipogénesis) permite el crecimiento del tejido adiposo para acomodar el exceso de energía. La alteración de la adipogénesis que ocurre en obesidad contribuye al derrame de lípidos desde el tejido adiposo [5]. Por lo tanto, el aumento de la adipogénesis aparece como una valiosa estrategia para facilitar la saludable expansión de este tejido y promover así la salud metabólica. La adipogénesis se basa en cambios importantes en los programas de expresión génica que regulan la producción de ARNm y proteínas. En este sentido, tanto el procesamiento del ARNm, en particular el empalme alternativo, como la homeostasis proteica (proteostasis) son mecanismos cruciales [6]. No obstante, los componentes y eventos de empalme relevantes para la adipogénesis y si éstos se modifican en obesidad apenas han sido explorados. Del mismo modo, pese a que es conocido que el sistema de control de calidad proteica del retículo endoplásmico (ER), la respuesta a proteínas no plegadas (UPR), tiene un papel importante en la regulación de la adipogénesis, y que éste se perturba en el tejido adiposo obeso [7], todavía se desconoce si el otro componente del sistema de control de proteínas, la degradación de proteínas asociada a ER (ERAD), está alterado.
Por otro lado, cada vez es más aceptado que, además de adipoquinas, el tejido adiposo es una importante fuente fisiológica de miRNAs circulantes [8]. Los miRNAs son una clase de pequeños ARN no codificantes que regulan la expresión génica post-transcripcionalmente que han surgido como moléculas clave para la función celular. De este modo, los niveles anómalos de miRNAs y alteraciones en su maquinaria de biogénesis se han relacionado con varias enfermedades metabólicas, incluida la obesidad y la T2D [9]. Por su parte, los miRNAs circulantes se ha propuesto que actúan como mensajeros de la comunicación intercelular, característica que les ha señalado como posibles biomarcadores de enfermedades como los trastornos metabólicos [10].
En este escenario, la identificación de los mecanismos que intervienen en la instauración de las complicaciones metabólicas de la obesidad es fundamental para el desarrollo de nuevos enfoques y estrategias terapéuticas preventivas específicas.
Por estos motivos, la presente Tesis Doctoral tuvo como objetivo general la deterinación de factores y marcadores de las vías relevantes para la pérdida de la función del tejido adiposo en la obesidad, y su relación con la IR/T2D. Específicamente, este estudio se focalizó en la identificación de marcadores patogénicos de enfermedad metabólica en preadipocitos de individuos obesos, la caracterización de miRNAs como marcadores de tejido adiposo disfuncional en T2D, y en el estudio de la respuesta de los correspondientes mecanismos asociados encontrados a la pérdida de peso tras cirugía bariátrica (BS, por sus siglas en inglés). Para ello, utilizamos diferentes enfoques experimentales y metodológicos, incluyendo muestras de suero y de tejido adiposo humano, líneas celulares tanto humanas como murinas, y aproximaciones moleculares in vitro e in silico.
2. Contenido de la investigación:
En primer lugar, para identificar las vías moleculares alteradas en los preadipocitos que pueden contribuir a la enfermedad metabólica en obesidad, realizamos un estudio proteómico de iTRAQ-LC-MS/MS de preadipocitos subcutáneos (SC) y omentales (OM) aislados de individuos obesos con normoglucemia (NG) y T2D. Esta aproximación, junto a análisis que incluyeron individuos obesos con IR, mostraron que los niveles de expresión de múltiples componentes de la maquinaria de empalme (espliceosoma y factores de empalme) estaban disminuidos en los preadipocitos SC procedentes de individuos obesos con IR/T2D en comparación con aquellos NG. Estos resultados se unen a nuestras observaciones de que la adipogénesis puede modularse regulando los niveles de expresión de un componente clave del espliceosoma, PRPF8/PRP8, respaldando el papel del empalme alternativo en el desarrollo de complicaciones metabólicas asociadas a obesidad. Además, nuestros estudios también revelaron que no sólo el sistema UPR está alterado, sino también que el sistema ERAD está hiperactivado, en preadipocitos humanos SC and OM de individuos obesos con IR/T2D, y que esta condición, cuando se imita in vitro, previene la adipogénesis. Por ello, nuestros resultados proporcionan novedosas explicaciones mecanicistas para la capacidad adipogénica deteriorada observada en los obesos IR/T2D que se relaciona tanto con el ARNm como con la alteración de la proteostasis del ER. Adicionalmente, hemos demostrado que estos procesos patogénicos responden de manera significativa a los cambios que ocurren en el tejido adiposo después de la pérdida de peso inducida por BS.
En segundo lugar, el estudio CORDIOPREV (NTC00924937), un estudio prospectivo realizado en 1.002 pacientes con enfermedad coronaria y alto riesgo metabólico, ha evaluado recientemente el valor predictivo de varios miRNAs para el diagnóstico de incidencia de T2D. Estos estudios demostraron que un grupo de nueve miRNAs (miR-28-3p, miR-29a, miR-30a-5p, miR-103, miR-223-3p, miR-126, miR-150, y miR-375), cuando combinados con HbA1c, proporcionan un valor predictivo más alto en el diagnóstico de T2D que otros parámetros clínicos [11]. En este estudio, también se investigó la relación entre los niveles basales de estos miRNAs y marcadores de la función de las células beta y la resistencia a insulina tanto sistémica como periférica. No obstante, su posible asociación con la desregulación del tejido adiposo no fue analizada. Esto es de interés ya que no se comprende completamente y podría ser útil para identificar las complicaciones metabólicas relacionadas con el tejido adiposo. En este escenario, llevamos a cabo un análisis de la relación entre los miRNAs predictivos para el inicio de T2D, previamente establecidos en la cohorte CORDIOPREV, y la pérdida de sensibilidad a la insulina del tejido adiposo. Una vez establecido que los niveles circulantes de miR-223-3p estaban desregulados en relación con la función del tejido adiposo, realizamos un análisis funcional para dilucidar tanto el potencial de los preadipocitos y adipocitos como células secretoras de este miRNA, como las consecuencias de su desregulación sobre la biología de los (pre)adipocitos. Así, nuestros resultados indican que la secreción de miR-223-3p por (pre)adipocitos es inhibida en condiciones inflamatorias, y que su acumulación patológica provoca alteraciones tanto en el metabolismo glucídico como lipídico de estas células. Estas observaciones podrían dar respuesta a los bajos niveles de este miRNA encontrados en aquellos pacientes que van a desarrollar T2D, así como explicar su potencial predictor de la disfunción adiposa relacionada con el desarrollo de esta enfermedad. También hemos demostrado que los cambios que ocurren en el medio circulante después de la pérdida de peso inducida por BS modulan la expresión de miR-223-3p en adipocitos. La relevancia de estas observaciones fue apoyada además por nuestros estudios funcionales en adipocitos expuestos a suero pre- y post-BS, donde el suero post-BS mejoró la captación de glucosa estimulada por insulina en adipocitos, en comparación con aquellos expuestos a sueros pre-BS. Estos hallazgos refuerzan aún más la idea de que los mediadores inflamatorios presentes en el suero o localmente en el tejido adiposo pueden ser responsables de las alteraciones en la regulación de miR-223-3p.
3. Conclusión:
En resumen, tomados en conjunto, los resultados presentados en esta Tesis Doctoral constituyen una información novedosa y valiosa que indican que el empalme deficiente y la alteración de la proteostasis de ER son componentes de la huella molecular patogénica de los preadipocitos que podrían ayudar a prevenir y/o mejorar la disfunción del tejido adiposo en obesidad y sus trastornos metabólicos relacionados. Del mismo modo, nuestros datos ponen de manifiesto la noción de que miR-223-3p puede tener un papel como potencial predictor de la disfunción adiposa relacionada con la instauración y/o desarrollo de T2D, revelando así una nueva diana molecular que puede ser útil para diseñar nuevas estrategias terapéuticas para prevenir esta enfermedad.
4. Bibliografía:
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