Regulación de la degradación intracelular de proteínas por insulina y por aminoácidos en fibroblastos humanos

Resumen

La degradación intracelular de proteínas comprende una gran variedad de procesos que, en conjunto, son necesarios para la supervivencia de las células, por lo que se encuentra estrechamente regulada. En células de mamífero, los principales mecanismos para la degradación de sus proteínas son la macroautofagia, que es la principal vía proteolítica lisosomal, y los proteasomas, que son complejos multienzimáticos nucleares y citosólicos. Se sabe, sobre todo a partir de estudios con hepatocitos y células musculares de rata o ratón, que la insulina y los aminoácidos son importantes reguladores negativos de la macroautofagia. Sin embargo, se conoce mucho menos, y los datos son a veces contradictorios, acerca de esa regulación en otros tipos celulares, la regulación de la actividad de proteasomas y de otros mecanismos de degradación intracelular de proteínas y la maquinaria molecular implicada en esa regulación. En esta tesis doctoral se ha examinado en fibroblastos humanos el efecto de la insulina y de los aminoácidos sobre las diferentes vías de degradación intracelular de proteínas, así como sus posibles mecanismos de señalización. En estas células, la insulina y los aminoácidos inhiben la degradación intracelular de proteínas aproximadamente en la misma medida, siendo los aminoácidos reguladores en parte diferentes de los de otros tipos celulares. La macroautofagia es la principal vía inhibida por los aminoácidos y por la insulina que, sin embargo, activan las vías lisosomales diferentes a la macroautofagia. Ambos reguladores también inhiben la actividad de los proteasomas, pero tienen un efecto diferente sobre las otras vías no lisosomales, inhibiéndolas los aminoácidos y activándolas la insulina. En todos los casos, los efectos de estos reguladores son aditivos, lo que sugiere que actúan a través de mecanismos diferentes. De hecho, aunque la insulina y los aminoácidos reducen por igual el volumen fraccional de los lisosomas, los aminoácidos, pero no la insulina, disminuyen sobre todo el tamaño lisosomal promedio y la formación de autofagosomas y aumentan el pH intralisosomal. La insulina por su parte, no modifica ni el tamaño, ni el pH lisosomal, y produce sólo una ligera inhibición de la formación de autofagosomas, por lo que podría estar afectando, sobre todo, a algún paso en su maduración. En cuanto a los proteasomas, la insulina y los aminoácidos inhiben las actividades proteolíticas de estos complejos y de las desubicuitinasas y reducen ligeramente la poliubicuitinación de proteínas. Se han examinado también las vías de señalización implicadas en la regulación por insulina y por aminoácidos de la degradación intracelular de proteínas en fibroblastos humanos. El sensor nutricional mTOR participa claramente en la regulación negativa de la proteólisis por insulina y, sobre todo, por aminoácidos. Sin embargo, por encima de ésta quinasa, la insulina sigue principalmente la vía PI3K I/Akt, mientras que los aminoácidos no. Asimismo, las MAP quinasas ERK 1/2 y p38 parecen también implicadas en ella, especialmente en el caso de la insulina. Además, la proteína AMPK, que actúa en la célula como un sensor de energía, también está implicada en la regulación negativa de la macroautofagia y del sistema ubicuitina-proteasomas, y en la regulación positiva de las otras vías lisosomales. Por lo tanto, la regulación de la degradación intracelular de proteínas en fibroblastos humanos, es un proceso muy complejo en el que están implicadas diversas vías de señalización que, además, parecen estar reguladas de manera diferente por la insulina y por los aminoácidos.