La inhibición de las E3 ubiquitin-ligasas, a través de NF-?B y p38, previene la atrofia muscular. Utilidad de la indometacina y el alopurinol
- Autores: Beatriz Ferrando Forés
- Directores de la Tesis: José Viña Ribes (dir. tes.), María Carmen Gómez Cabrera (dir. tes.), Gloria Olaso González (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Vicente Micol Molina (presid.), Consuelo Borrás Blasco (secret.), Arlette Gratas-Delamarche (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: RODERIC
- Resumen
La atrofia del músculo esquelético se produce como consecuencia de múltiples enfermedades y condiciones crónicas. Así mismo, reduce las opciones de tratamiento y los resultados clínicos positivos, comprometiendo la calidad de vida por un aumento de la morbilidad y la mortalidad. La producción de unos niveles mínimos de fuerza muscular es un requisito para la realización de actividades de la vida diaria tales como levantarse de una silla o subir escaleras. Una persona joven sana es capaz de desarrollar este tipo de actividades sin ninguna dificultad, sin embargo tras un periodo de inactividad largo que implique una pérdida de masa muscular este tipo de actividades conllevan una elevada dificultad. Tanto factores sistémicos como locales pueden iniciar la atrofia muscular. Los factores sistémicos incluyen el aumento de la miostatina y los glucocorticoides, o la falta de las hormonas anabólicas como la insulina o el factor-1 de crecimiento similar a la insulina. Los factores locales incluyen la inactividad muscular, el reposo en cama, inmovilización de miembros, la denervación muscular, distrofias musculares y el envejecimiento muscular. El fenómeno de pérdida de masa muscular está relacionado con el estrés oxidativo y la inflamación en varias condiciones: inmovilización de las extremidades, suspensión de miembros posteriores, enfermedad pulmonar obstructiva crónica y sepsis. Diversos autores han sugerido que la administración de antioxidantes protege el músculo esquelético durante la suspensión. Sin embargo, los mecanismos moleculares implicados en esta protección siguen siendo un tema de debate. El objetivo principal de esta tesis doctoral es determinar los mecanismos moleculares implicados en la pérdida de masa muscular tras un modelo de suspensión de miembros posteriores en roedores y su posible prevención con tratamientos farmacológicos, tales como la indometacina y el alopurinol. Este objetivo está basado en las evidencias previas, encontradas por nuestro grupo de investigación, de la implicación de la enzima xantina oxidasa en la generación de radicales libres en la atrofia muscular. Para llevarlo a cabo hemos estudiado la principal vía de señalización sensible a estrés oxidativo activada por mitógenos, p38MAPK, y la cascada inflamatoria de NF-?B en la atrofia del músculo esquelético. Además, estudiamos la expresión de tres conocidas E3 ubiquitin-ligasas musculares implicadas en la proteólisis: MAFbx, MuRF-1 y Cbl-b. La pérdida de masa muscular durante la inactividad muscular es causada tanto por la apoptosis de mionúcleos como por un desequilibrio entre la degradación y la síntesis de proteínas; por esta razón hemos analizado Akt, una proteína quinasa que desempeña un papel clave en múltiples procesos celulares, tales como metabolismo de la glucosa y la síntesis de proteínas musculares. Para la consecución de los objetivos de esta tesis se han llevado a cabo tres estudios consecutivos relacionados. En el primer estudio, ratas Wistar macho sometidas durante 14 días a un protocolo de suspensión de miembros posteriores, con o sin tratamiento con alopurinol, se compararon con los controles. En el segundo estudio, se utilizaron ratones silvestres y deficientes en IKK? en el músculo esquelético. En este estudio asignamos aleatoriamente los animales al grupo control o al suspendido de las extremidades posteriores. Por último, en el tercer estudio, ratones macho C57BL/6J, sometidos a un protocolo de suspensión de miembros posteriores, con o sin los siguientes tratamientos: indometacina, alopurinol o indometacina más alopurinol, se compararon con los controles que deambulan libremente. Nuestros resultados muestran que la suspensión de las extremidades posteriores indujo una activación de la XO, un aumento del estrés oxidativo y de la inflamación, tanto en el plasma como en el músculo esquelético. El estrés oxidativo activa las vías de señalización p38 MAPK y NF-?B que conducen a la activación de las E3 ubiquitina ligasas MAFbx y MuRF-1. La inhibición de la XO, con alopurinol, en ratas, y la supresión IKK? en el músculo esquelético previene parcialmente la atrofia del músculo sóleo. En relación a la vía de síntesis de proteínas, Akt, fue restaurada con el tratamiento con alopurinol y parcialmente en los ratones KO mIKK?, por la inhibición de la E3 ubiquitin-ligasa Cbl-b. El tratamiento que previno de forma más efectiva el proceso de atrofia muscular fue la combinación de la indometacina más alopurinol. Esto está mediado por la inhibición de la las vías p38-MAFbx y NF-?B-MuRF-1. Nuestros datos señalan un beneficio potencial de la administración de indometacina junto con el alopurinol, para astronautas, pacientes encamados durante periodos prolongados de inmovilización de miembros, así como en la sarcopenia y la caquexia. Por otro lado la atrofia del músculo esquelético es una de las complicaciones más comunes en la diabetes. En este caso también existe un aumento de la degradación de proteínas, así como una disminución de la síntesis de las mismas. Actualmente hay al menos tres sistemas diferentes que han demostrado estar involucrados en la degradación de proteínas: el sistema lisosomal, la activación de Ca2+ citosólico y el sistema ubiquitin proteasoma. Un tema controvertido y que ha desatado mucho interés es el posible papel de los radicales libres en la fisiopatología de la diabetes. Así pues, Oberley en 1988 ya correlacionó el estrés oxidativo con la diabetes. La mayoría de los autores postulan el papel del estrés oxidativo en el desarrollo de las complicaciones diabéticas debido al daño tisular que producen los radicales libres. Sin embargo, existen algunos autores que implican a los radicales libres no tan sólo en las complicaciones del diabético, sino también en la misma etiología de la enfermedad. Esto se extrae a partir del estudio de varios fármacos inductores de diabetes en animales de experimentación, como la estreptozotocina y el aloxano, que destruyen selectivamente los islotes de Langerhans pancreáticos por un mecanismo oxidante, y del hecho que su acción puede ser inhibida por la administración de antioxidantes. No obstante, aunque se ha señalado anteriormente que el estrés oxidativo juega un papel importante en la patología de la diabetes y sus complicaciones, la información sobre el papel del estrés oxidativo en el músculo esquelético en la diabetes y cómo prevenirla es muy limitada. El objetivo de esta segunda parte de la tesis doctoral fue determinar los mecanismos moleculares implicados en la pérdida de masa muscular en la diabetes experimental inducida con estreptozotocina y su posible prevención con la administración de ?-galacto-oligosacáridos. Para la consecución de los objetivos, se utilizaron ratas Wistar Ham macho divididas en tres grupos experimentales: controles, ratas diabéticas (inducida por estreptozotocina) y ratas diabéticas tratadas con ?-galacto-oligosacáridos. Así mismo, estudiamos el papel del estrés oxidativo asociado a la diabetes experimental inducida con estreptozotocina sobre la masa músculo-esquelética en ratas. Así como el papel de p38 y de NF-?B en la pérdida de masa muscular en un modelo de diabetes experimental. Los resultados que obtuvimos de este estudio demuestran que el estrés oxidativo asociado a la diabetes inducida por estreptozotocina en ratas produce una pérdida significativa de la masa muscular, debida, en parte, tanto a la fosforilación de p38 como a la activación de NF-?B. El tratamiento con ?-galacto-oligosacáridos previene el estrés oxidativo y la fosforilación de p38 sin que se observe una prevención significativa en la pérdida de masa muscular.
