PPAR, agoniştii PPAR şi apoptoza - actualităţi

Apoptoza este forma cea mai studiată de moarte celulară programată, deoarece are roluri importante atât în dezvoltarea normală a majorităţii organismelor multicelulare, cât şi în patogenia multor afecţiuni. Caracteristica biochimică a apoptozei este fragmentarea cromatinei în oligonucleozomi.

Elucidarea continuă a căilor de semnalizare intracelulară şi a mecanismelor de transcriere a materialului genetic contribuie la înţelegerea în profunzime a proceselor fiziopatologice din multe afecţiuni şi la descoperirea unor substanţe medicamentoase noi, mai specifice, în tratamentul unor afecţiuni metabolice, neoplazice, autoimune, alergice etc.

Factorii de transcriere sunt proteine implicate în procesele transcripţionale. Ei acţionează ca mesageri nucleari ce transferă informaţia de la suprafaţa celulară şi citoplasmă în nucleu. Importanţa deosebită a acestor factori este dovedită şi de faptul că s-au conservat, de-a lungul arborelui filogenetic, la eucariote.1 Factorii de transcriere pot fi generali (bazali) sau inductibili, şi pot fi clasificaţi în mai multe superfamilii, clase şi familii.

Receptorii activaţi de proliferatorul peroxizomului (PPAR) sunt factori de transcriere cărora li s-a acordat o atenţie deosebită de la descoperirea lor, la începutul anilor 1990, deoarece servesc ca receptori pentru două clase importante de medicamente: fibraţii hipolipemianţi şi tiazolidindionele care cresc sensibilitatea la insu-lină. PPAR sunt factori de transcriere activaţi de ligand, care cresc transcrierea genelor ţintă prin legarea la o secvenţă nucleotidică specifică, la nivelul promotorului. Au fost depistate mai multe izotipuri diferite de PPAR: alfa, beta, gama.

PPAR pot fi activaţi de anumiţi acizi graşi naturali şi de diferiţi compuşi sintetici, denumiţi proliferatori ai peroxizomului (peroxisome proliferators). Aceşti receptori joacă un rol important în diferenţierea adipocitelor şi reglează genele implicate în metabolismul lipidic şi sensibilitatea la insulină. La om, PPAR se găsesc la nivelul ţesuturilor ţintă pentru acţiunea insulinei, cum ar fi ţesutul adipos, muşchii striaţi şi ficatul.

PPAR sunt implicaţi în boli metabolice, cum sunt obezitatea, diabetul şi ateroscleroza, datorită activităţii lor în ţesutul adipos şi ficat asupra genelor implicate în homeostazia glucidică şi lipidică.

PPAR gama este un receptor a cărui genă PPARG sau NR1C3 este localizată cromozomial la nivelul 3p25. Activarea receptorilor nucleari PPAR gama reglează transcrierea genelor responsive la insulină, implicate în controlul producţiei, transportului şi utilizării glucozei.

Semnalizarea pe calea fosfatidilinozitol 3'-kinazei (PI3K) este crucială pentru răspunsurile metabolice la insulină. În diabetul zaharat tip 2 au fost evidenţiate defecte de semnalizare PI3K. PTEN (MMAC1) este o fosfatază ce reglează în sens negativ calea PI3K prin defosforilarea fosfatidilinozitol (3,4,5)-trifosfatului, dar nu este clar dacă PTEN este relevant fiziologic în calea de semnalizare a insulinei in vivo. Strategia cu oligonucleotide antisens a fost utilizată pentru a inhiba specific expresia PTEN. Transfecţia cu ASON faţă de PTEN reduce nivelurile ARNm PTEN şi cele ale proteinei PTEN, crescând fosforilarea Akt stimulată de insulină, în celulele hepatice de şoarece (AML12). Administrarea sistemică de PTEN ASO, o dată pe săptămână, la şoareci, su-primă ARNm PTEN şi expresia proteică în ficat şi ţesutul adipos, până la 90% şi, respectiv, 75%, şi normalizează glicemia la şoareci db/db şi ob/ob. Inhibiţia expresiei PTEN redu-ce drastic şi concentraţiile insulinei la şoarecii ob/ob, îmbunătăţeşte performanţa şoarecilor db/db la testele de toleranţă la insulină şi creşte fosforilarea Akt în ficat, ca răspuns la insulină. Rezultatele sugerează că PTEN are un rol semnificativ în reglarea metabolismului glucidic in vivo, prin reglarea în sens negativ a semnalizării insulinice.2

PPAR gama participă şi la reglarea metabolismului acizi-lor graşi. Acizii graşi, eicosanoizii şi moleculele înrudite, sunt liganzi ai PPAR. S-a dovedit că acidul 8(S)- hidro-eicosatetraenoic (8(S)-HETE) este un putenic activator al PPAR şi că prosta-glandinele A, D şi J activează diferenţiat subtipurile PPAR.3 PPAR gama este aproape exclusiv exprimat în ţesutul adipos. Mutaţiile genetice la acest nivel accelerează diferenţierea adipocitelor şi pot cauza obezitate severă.4

În efortul de a înţelege rolul cheie al enzimelor formatoare de eicosanoizi în activarea PPAR, s-a studiat, recent, contribuţia fosfolipazei A2 citosolice, PLA2c, şi a fosfolipazei A2 secretorii grup AII (PLA2s) în reglarea transcrierii genice mediate PPAR, în linii celulare de hepatom uman HepG2. Celulele HepG2 exprimă atât PPAR-alfa, cât şi gama, dar nu PPAR-beta. Inhibiţia antisens a PLA2c duce la scăderea semnificativă a activităţii PPAR alfa/gama.

Transcrierea genică indusă de PPAR alfa/gama în celulele HepG2 este inhibată de metil-arahidonilfluorofosfat şi arahidoniltrifluorometil cetonă, inhibitori ai PLA2c, dar nu de LY311727, inhibitor al PLA2s. Expresia genei apolipoproteinei AII mediate de PPAR alfa este crescută în celulelele în care s-a inhibat antisens PLA2c, dar nealterată în ce-lulele cu expresie crescută a PLA2s. Aceste date demonstrează rolul important al PLA2c, dar nu şi al PLA2s, în controlul activării PPAR; de aceea, PLA2c poate reprezenta o ţintă terapeutică potenţială pentru controlul unor afecţiuni metabolice şi hepatice cu implicare patogenică a PPAR, cum ar fi obezitatea, dislipidemiile, diabetul zaharat şi ateroscleroza.5

PPAR alfa şi gama sunt exprimate în macrofagele derivate din monocite umane diferenţiate, care participă la controlul inflamaţiei şi la formarea plăcii aterosclerotice. PPAR alfa este prezent în monocitele nediferenţiate, inducerea expresiei PPAR gama se realizează la diferenţierea în macrofage. Studiile de imunocitochimie au dovedit localizarea constitutivă, citoplasmatică, a PPAR alfa şi localizarea predominant nucleară a PPAR gama. Experimentele de transfecţie au indicat că PPAR alfa şi gama sunt active transcripţional după stimularea cu ligand. Activarea prin ligand a PPAR gama, dar nu şi a PPAR alfa, induce apoptoza macrofagelor diferenţiate neactivate, evaluată prin TUNEL şi apariţia subunităţilor proteolitice active ale caspazei 3. Liganzii PPAR gama induc apoptoza macrofagelor activate cu TNF alfa/interferon gama. PPAR gama inhibă activitatea transcripţională a NF-kB p65/RelA, sugerându-se că activatorii PPAR induc apoptoza macrofagelor prin interferarea în sens negativ a căii de semnalizare antiapoptotice NF-kB. Toate aceste date demonstrează un rol important al PPAR în macrofagele umane cu consecinţe în inflamaţie şi ateroscleroză.

Tiazolidindionele (TZD), de tipul rosiglitazonei (Avandia), troglitazonei şi pioglitazonei, se leagă la PPAR gama şi activează aceşti receptori.6 Ele cresc sensibilitatea ţesuturilor periferice la insulină şi au fost aprobate pentru tratamentul diabetului zaharat non-insuli-nodependent (NIDDM). Au efecte antihiperglicemice nu-mai în prezenţa insulinei şi nu produc hipoglicemie. Trebuie menţionat că troglitazona a fost recent retrasă de pe piaţa farmaceutică datorită toxicităţii hepatice, apoptoza având un rol important în producerea acestui efect advers.

Rosiglitazona (Avandia) aparţine clasei tiazolidindionice a agenţilor antidiabetici. Ea îmbunătăţeşte controlul glicemic prin ameliorarea sensibilităţii la insulină. Rosiglitazona (Avandia) este un agonist potent şi înalt selectiv al PPAR gama.

Activatorii PPAR gama, rosiglitazona sau darglitazona, reduc nivelul ARNm al rezistinei, o proteină cu greutate moleculară mică, secretată din ţesutul adipos şi presupusă a fi implicată în patogenia obezităţii şi a diabetului tip 2.7

TZD utilizate în tratamentul diabetului zaharat tip 2 inhibă proliferarea aberantă a celulelor musculare netede vasculare (VSM) prin mecanisme incomplet cunoscute. Deoarece există dovezi referitoare la rolul inhibitorilor ciclin kinazei (CKI) şi p27 (Kip1) în modularea efectelor de creştere a celulelor VSM, s-a pus problema rolului acestor proteine reglatoare ale ciclului celular în mecanismele prin care tiazoli-dindionele inhibă creşterea VSM. S-a dovedit că factorul BB de creştere, derivat din plachete, produce o creştere a p21 şi p27, atenuată de TZD. În mod surprinzător, când celu-lele VSM au fost transfectate cu oligonucleotide antisens pentru p21 şi p27, inhibarea sintezei ADN de către TZD a apărut cu aceeaşi intensitate ca în celulele control. Mai mult, TZD au efecte inhibitorii asupra nivelurilor ciclinelor D1 şi E, sugerându-se alt mecanism prin care aceste medicamente reduc creşterea celulelor VSM. Aceste date sugerează că redu-cerea nivelurilor CKI mediată de TZD nu este singurul mecanism al acţiunii lor antiproliferative. Reducerea nivelurilor ciclinelor G1 de către TZD sugerează un mecanism posibil al inhibării creşterii celulelor VSM.8

Dovezi recente sugerează ca apoptoza este implicată în controlul numărului celulelor musculare netede vasculare (VSM) la nivelul leziunilor aterosclerotice. Liganzii tiazolidindionici ai PPAR gama induc apoptoza macrofagelor şi unei varietăţi de celule tumorale.

Într-un studiu recent, culturi de celule musculare netede vasculare de şobolan au fost tratate cu doze diferite de rosiglitazonă. S-a constatat că agonistul PPAR induce apoptoză într-o manieră dependentă de concentraţie (EC50 1,43 ? 0,39 mM), producând moarte celulară aproape completă la concentraţiile cele mai mari (EC 10 mM), corelată cu o reducere a preluării timidinei marcate radioactiv în ADN (EC50 0,75 ? 0,19 mM). Doi markeri de apoptoză s-au dovedit a fi semnificativ crescuţi, şi anume activitatea caspazei 3 (caspază efectoare cheie ce clivează PARP) şi fragmentele citoplasmatice ADN asocia-te cu histone. Datele arată că apoptoza este implicată în supresia creşterii musculaturii netede vasculare, induse de rosiglitazonă. Prin studii Western blott s-a dovedit că rosiglitazona a produs şi o stimulare a kinazelor 1 şi 2 reglate de semnale extracelulare (ERK1 şi 2) şi a protein kinazei p38, activată mitogenic (p38 MAP kinaza). Pentru a stabili dacă efectele proapoptotice ale rosiglitazonei sunt mediate prin activarea ERK1/2 s-a utilizat un inhibitor selectiv al MAP kinazei, PD98059 (20 mM), care a suprimat activarea ERK1/2 indusă de rosiglitazonă, dar nu a abolit efectele proapoptotice, ceea ce a dus la concluzia că tiazolidindionele induc apoptoza celulelor musculare netede vasculare prin mecanisme independente de ERK1/2.

PTEN (phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten) denumit şi MMAC (mutated in multiple advanced cancers) a fost descoperită ca genă supresoare tumorală. Gena supresoare tu-morală PTEN modulează o serie de funcţii celulare, cum ar fi migrarea, supravieţuirea şi proliferarea celulară, prin antagonizarea cascadelor de semnalizare mediate de fosfatidilinozitol 3-kinază (PI 3-ki-nază). Mecanismele prin care se reglează expresia PTEN nu sunt complet elucidate. Receptorul nuclear PPAR gama reglează diferenţierea şi/sau creşterea celulară a anumitor tipuri celulare, ceea ce a dus la supoziţia că PPAR gama, ca şi PTEN, poate acţiona ca supresor tumoral. PPAR gama este implicat în răspunsurile antiinflamatoare, deşi medierea acestor efecte nu este bine definită.

Rosiglitazona, activând PPAR gama, reglează în sens pozitiv expresia PTEN în macrofagele umane, celulele cancerului colo-rectal Caco2 şi celulele cancerului de sân MCF7. Această upreglare se corelează cu redu-cerea activităţii PI 3-kinazei, evaluată prin determinarea reducerii fosforilării protein kinazei B. În consecinţă, rosiglitazona reduce rata proliferării celule-lor Caco2 şi MCF7. Alterarea mediată antisens a expresiei PPAR gama previne upreglarea PTEN care acompaniază în mod normal diferenţierea monocitară şi reduce proporţia de macrofage care suferă moar-te celulară programată, în timp ce studiile electroforetice au arătat că PPAR gama este capabil să lege două elemente de răspuns în secvenţa genomică în amonte de PTEN. Aceste rezultate demonstrează rolul PPAR gama în reglarea semnalizării PI 3 kinazei, prin modularea expresiei PTEN în celulele inflamatoare şi tumorale.

Liganzii PPAR gama induc apoptoză şi exercită efecte antiproliferative în diverse tipuri celulare de carcinom. Diverşi agonişti PPAR gama reduc incorporarea de timidină marcată radioactiv şi scad numărul celulelor în linii celulare de carcinom tiroidian uman papilar (BHP) PPAR gama pozitive. La concentraţii scăzute, liganzii PPAR gama induc fragmentare internucleozomală a cromatinei, ceea ce indică apoptoză. Investigarea mecanismelor moleculare de inducere a apoptozei a evidenţiat creşterea expresiei ARNm c-myc, fără modificarea expresiei genelor bcl-2 şi bax în celulele de carcinom tiroidian. Studii in vivo la şoarece au evidenţiat inhibarea prin ligand PPAR gama a creşterii tumorale şi prevenirea metastazelor la distanţă în cazul tumorilor BHP18-21, sugerându-se rolul agoniştilor PPAR gama în tratamentul unor tipuri de cancer tiroidian.

Toate aceste studii recente subliniază rolul particular al PPAR, agoniştilor PPAR gama şi al proceselor apoptotice în obezitate, dislipidemii, diabetul zaharat, ateroscleroza şi unele forme de cancer.

Mihaela Dincă Şef lucrări dr., UMF Craiova
Florin-Dan Popescu Şef lucrări dr., UMF Carol Davila Bucureşti
Mariana Vieru Asist. univ. drd, UMF Carol Davila Bucureşti

Bibliografie

1. Johnson PF, McKnight SL Eukaryotic transcriptional regulatory proteins. Annu Rev Biochem 1989, 58:799-839.

2. Butler M, McKay RA, Popoff IJ, Gaarde WA, Witchell D, Murray SF, Dean NM, Bhanot S, Monia BP. Specific Inhibition of PTEN Expression Reverses Hyperglycemia in Diabetic Mice. Diabetes 2002 Apr; 51(4): 1028-34.

3. Yu K, Bayona W, Kallen CB, et al. Differential activation of peroxisome proli-ferator-activated receptors by eicosanoids. J Biol Chem 1995;270:23975-83.

4. Ristow M, Muller-Wieland D, Pfeiffer A, et al. Obesity associated with a mutation in a genetic regulator of adipocyte differentiation. N Engl J Med 1998;339:953-9.

5. Han C, Demetris AJ, Michalopoulos G, Shelhamer JH, Wu T. 85-kDa cPLA(2) plays a critical role in PPAR-mediated gene transcription in human hepatoma cells. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2002 Apr;282(4):G586-97.

6. Forman BM, Tontonoz P, Chen J, et al. 15-Deoxy-D12,14-prostaglandin J2 is a ligand for the adipocite determination factor PPARg. Cell 1995; 83:803.

7. Haugen F, Jorgensen A, Drevon CA, Trayhurn P. Inhibition by insulin of resistin gene expression in 3T3-L1 adipocytes. FEBS Lett 2001 Oct 19;507(1):105-8.

8. Hupfeld CJ, Weiss RH. TZDs inhibit vascular smooth muscle cell growth independently of the cyclin kinase inhibitors p21 and p27. Am J Physiol Endocrinol Metab 2001 Aug;281(2):E207-16.

Rate this article: 
Încă nu sunt voturi
Bibliografie: 
Traducere: 
Autor: