Aunque desde hace tiempo la nutrición ha tenido un papel predominante en el manejo de la salud, los mecanismos por los cuales ciertos nutrimentos son esenciales para la salud óptima y para la prevención de enfermedades humanas han sido elucidados (al menos parcialmente) en años recientes. A comienzos del siglo 20 dos ácidos grasos (FAs, por sus siglas en inglés), el ácido linoleico (C18:2n-6, LA, por sus siglas en inglés) y el ácido α-linolénico (C18:3n-3, ALA, por sus siglas en inglés) fueron reconocidos como esenciales, y más tarde fueron claros los efectos positivos de sus derivados alargados e insaturados, los ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs, por sus siglas en inglés) ω-6 y ω-3. Antes de los 1990s, se creía comúnmente que los PUFAs ejercían sus efectos a través de cambios a nivel de fosfolípidos (PLs, por sus siglas en inglés) en la membrana o a través de la producción de moléculas señalizadoras como los eicosanoides. En 1992 se estableció la existencia de receptores nucleares capaces de unirse a los Fas y así afectar la transcripción génica.
Desde la descripción inicial de los receptores activados por proliferador de peroxisoma (PPARs, por sus siglas en inglés), otros factores de transcripción han sido identificados por objetivos para regulación por FAs o sus metabolitos, incluyendo el receptor X retinoide (RXR), el factor nuclear hepático 4α (HNF-4α, por sus siglas en inglés), los receptores X en hígado α y β (LXRα y LXRβ, por sus siglas en inglés) y la proteína 1c ligadora del elemento regulador de esterol (SREBP-1c, por sus siglas en inglés).
Al examinar los efectos de los FAs en la transcripción génica se debe considerar que, antes de ejercer sus efectos nucleares, deben ser absorbidos en el intestino y transportados a las células; luego deben entrar a la célula y al núcleo, en donde se unen a los factores nucleares como ácidos grasos no esterificados (NEFAs, por sus siglas en inglés) o como acil-CoA. Para comprender los efectos de los FAs en la transcripción génica, es importante considerar lo que pasa no solamente dentro del núcleo sino también afuera de éste.
De la dieta al núcleo
Dado que los componentes dietarios interactúan primero con el tracto gastrointestinal, los mecanismos que regulan la biodisponibilidad (grado o tasa a la cual una substancia es absorbida o se vuelve disponible en el sitio de actividad fisiológica) de una molécula nutritiva es fundamental comprender su papel bioactivo en el cuerpo. El tracto gastrointestinal es un órgano muy complejo y muchos factores tales como pH, motilidad, diferentes comunidades microbianas y la composición dietaria pueden influenciar la biodisponibilidad de una sustancia. Aunque en condiciones fisiológicas los lípidos poseen una buena biodisponibilidad, su absorción es influenciada por tantos factores que la concentración en plasma de FAs específicos luego del consumo de una comida no es fácilmente predecible.
El componente lípido más importante desde el punto de vista cuantitativo en la dieta humana es el triacilglicerol (TAG, por sus siglas en inglés, también conocido como triglicérido), el cual puede constituir unos 100 g/día o más. Los grupos acilo grasos en los TAGs dietarios pueden variar en la longitud de cadena de C2 a C24 e ir de ácidos grasos saturados a ácidos grasos insaturados, hasta con 6 dobles enlaces. La estructura y composición de ácidos grasos de los TAGs afectan su absorción y la distribución de loa ácidos grasos en el cuerpo luego de la digestión y absorción. Adicionalmente, poco se sabe sobre la influencia de polimorfismos genéticos en la absorción de nutrimentos, pero se ha sugerido una asociación entre NEFAs plasmáticos y el polimorfismo de proteínas ligadoras de ácidos grasos intestinales (I-FABPs, por sus siglas en inglés).
Los ácidos grasos de cadena larga (LCFAs, por sus siglas en inglés) se unen a I-FABPs, las cuales los transportan en el citoplasma de las células epiteliales absorbentes columnares del intestino delgado. La absorción de LCFAs es influenciada por un polimorfismo en el codón 54 del gen I-FABP (Ala54Thr). Este polimorfismo resulta en un cambio de alanina a treonina y está asociado con una mayor afinidad de I-FABP por el enlace a LCFA; los indios Pima, homocigotos para el alelo Thr54 tienen una mayor concentración plasmática de NEFAs luego del consumo de una comida alta en grasas. Este hallazgo indica que el polimorfismo en genes que codifican los transportadores intestinales puede modular la biodisponibilidad de componentes dietarios, y la biodisponibilidad, a su vez, puede modular los efectos de los nutrimentos.
Una vez absorbidos, los FAs son reensamblados en complejos de lipoproteína y entregados a las células. Los FAs esterificados en TAGs de quilomicrones, provienen principalmente de lípidos dietarios, mientras que aquellos esterificados en los TAGs de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL, por sus siglas en inglés) se derivan tanto de la dieta como de la biosíntesis endógena. En todos los casos, los TAGs son hidrolizados por la acción de lipoproteína lipasa y los NEFAs entran a las células, al igual que los NEFAs unidos a albúmina en circulación, movilizados de los depósitos de reserva. Aunque existe controversia en relación a la contribución de la difusión pasiva versus el transporte de FA mediado por proteína, ambos procesos son ampliamente aceptados. Los FAs cruzan la membrana por un proceso puramente difusor, sin requerir mediadores proteínicos; diferentes estudios han sugerido que la difusión es lo suficientemente rápida para dar cuenta de todo el transporte de FA. Por otro lado, muchos investigadores creen que el transporte de FA está mediado por proteínas específicas de membrana vía transportadores de FAs.
Entre estas proteínas se encuentran particularmente: a) la proteína ligadora de ácido graso de membrana plasmática (FABPpm, por sus siglas en inglés), una proteína de aproximadamente 43 kDa localizada periféricamente en la membrana plasmática; b) la ácido graso translocasa (FAT, por sus siglas en inglés)/CD36, una glicoproteína de membrana integral de 88 kDa, con dos dominios transmembrana predichos, que es idéntica a la glicoproteína IV o CD36 de las plaquetas y leucocitos humanos; y c) las proteínas transportadoras de ácido graso 1 a 6 (FATP1-FATP6, por sus siglas en inglés), las cuales son expresadas diferencialmente en diferentes tejidos. Existen varios reportes sobre la regulación de proteínas involucradas en el transporte de FAs, pero solamente comenzamos a elucidar la forma en que células y tejidos pueden regular a los transportadores de FAs bajo condiciones fisiológicas normales, así como en estrés y enfermedad. No es sorprendente que los factores activados por lípidos o sus análogos derivan con frecuencia en la modulación de los transportadores de FAs. Estos modos de regulación incluyen la regulación transcripcional a través de estimulación mediada por substrato, tales como la activación de PPAR o la translocación de compartimentos intracelular a membrana plasmática en el caso de FAT/CD36 y FATP1, por citar solo un ejemplo.
Además de las proteínas que controlan la entrada de FAs a la célula, existen proteínas intracelulares que regulan la partición a diferentes destinos metabólicos, tales como la síntesis de TAGs para almacenamiento, la síntesis de PLs, oxidación para energía, señalización intracelular y acilación de proteínas. Estas proteínas incluyen las acil-CoA sintetasas (ACS, por sus siglas en inglés) y múltiples proteínas citosólicas pequeñas, llamadas colectivamente proteínas ligadoras de ácidos grasos (FABPs, por sus siglas en inglés).
Una vez en las células, los NEFAs son rápidamente convertidos en tioesteres acilo graso-CoA por ACS. Al menos se han descrito 6 ACS, de ACS-1 a ACS-5 y la ACS de cadena muy larga; cada isoforma puede activar un amplio rango de FAs, aunque algunas son más activas hacia FAs específicos (por ejemplo, ACS-4 es más activa con 20:4n-6, 20:5n-3 y 22:6n-3). Los estudios han sugerido que ciertas ACS pueden canalizar los tioesteres acil-CoA a compartimentos metabólicos específicos, como ACS-1 y ACS-4 que están ligados a la síntesis de TAGs.
La conversión de NEFAs a acil-CoA por las ACS es una etapa determinante de tasa para la entrada de FAs a la β-oxidación, elongación/desaturación o asimilación en lípidos complejos tales como TAGs, ésteres de colesterol o PLs. El secuestro hacia rutas sintéticas tales como la síntesis de lípidos, también está influenciada por enzimas que “arrastran” a los FAs hacia estas rutas.
Un retraso en la asimilación de PUFAs de 20 y 22 carbonos en lípidos neutros, se debe al hecho de que los tioesteres de CoA de los PUFAs de 20 y 22 carbonos son substratos pobres para muchas reacciones; como ejemplos, el ácido eicosapentaenoico (C20:5n-3, EPA, por sus siglas en inglés), pero no el ácido araquidónico (C20:4n-6, AA, por sus siglas en inglés) o el ácido docosapentaenoico (C22:5n-3, DPA, por sus siglas en inglés), es un substrato pobre para la diacilglicerol aciltransferasa, la etapa terminal en la biosíntesis de TAG, y los tioesteres de CoA de los PUFAs de 20 y 22 carbonos son substratos pobres para la acilcolesterol aciltransferasa I. Adicionalmente, los PUFAs iguales o mayores a 22 carbonos requieren una β-oxidación peroxisómica previa para acortar el FA antes de entrar en la espiral de β-oxidación mitocondrial, causando un retraso en su oxidación. En conjunto, estas situaciones pueden llevar a una elevación en los niveles intracelulares de NEFA o acil-CoA de PUFAs específicos de 20 y 22 carbonos (tanto ω-6 como ω-3). La concentración intracelular de NEFAs y tioesteres de acil-CoA es baja (<10µM) y la mayoría de ellos están ligados a proteínas. Las FABPs son proteínas ligadoras citosólicas abundantes, con masas moleculares de 14-15 kDa, caracterizadas por su alta afinidad por moléculas hidrofóbicas y sus estructuras terciarias. Se conocen por lo menos 9 tipos de FABPs y cada una de ellas tiene una especificidad de sustrato que se sobrelapa pero algo diferente, y cada una de ellas es codificada por un gen específico bajo la regulación de la transcripción de tipo celular. La FABP de hígado (L-FABP, por sus siglas en inglés) es principalmente expresada en al hígado y el intestino, la FABP de intestino (I-FABP, por sus siglas en inglés) se expresa en el intestino, la FABP de corazón (H-FABP, por sus siglas en inglés) se expresa en corazón, músculo, tejido adiposo café, próstata y trofoblasto placentario, mientras que la FABP adiposa (A-FABP, por sus siglas en inglés) se expresa en el tejido adiposo blanco. Los mRNAs de L-FABP, I-FABP y H-FABP son inducidos por agonistas de PPARα, mientras que A-FABP es inducida por agonistas de PPARγ. Los NEFAs y acil-CoA no ligados se unen para afectar la actividad de factores de transcripción específicos; entre ellos, los PPARs son considerados como los principalmente involucrados en la regulación directa de la expresión génica por PUFAs.
Dentro del núcleo: receptores activados por proliferador de peroxisoma
En 1990 los PPARs fueron identificados como factores de transcripción, y en 1992 se demostró que el ácido linoleico y el ácido araquidónico podrían potencialmente activarlos. Los 3 miembros de la familia PPAR, PPARα, PPARδ y PPARγ, tienen una organización canónica de receptor nuclear. El dominio A/B N-terminal no perece estar estructurado y alberga una débil función de transactivación independiente de ligando, referida como AF-1; el dominio C contiene el dominio ligador a DNA, constituido por un motivo con 2 dedos de cinc que es característico de la superfamilia de receptores nucleares. El dominio D es una región bisagra. El dominio E es un dominio que se une a ligando y comprende 12 hélices α y 5 hojas β que se doblan para crear una gran cavidad hidrofóbica, en donde están sepultados los ligandos; el dominio E contiene una función de transactivación dependiente de ligando llamada AF-2 y también ofrece las superficies principales para dimerización así como para interacción con proteínas reguladoras.
Cada miembro de la familia PPAR es transcrito por un gen específico. El ayuste alternativo y el uso de diferentes promotores dan lugar a diferentes variantes de ayuste; en los humanos, además del mRNA de longitud total para PPARα, ha sido identificada una variante de ayuste carente de la región bisagra y el dominio que se une a ligando completo, interfiriendo posiblemente con la actividad de PPAR y otros receptores nucleares al competir por los coactivadores. Las variantes de ayuste para PPARδ dan lugar a un producto de traducción primario.
Estudios estructurales del gen y el transcripto mRNA de PPARγ apoyan la existencia de múltiples isoformas de PPARγ. El marco de lectura abierto (ORF, por sus siglas en inglés) del gen PPARG consiste de exones 1 a 6. Los exones 2 y 3 codifican el dominio ligador de DNA, mientras que los exones 5 y 6 codifican el dominio de unión a ligando. La región terminal 52 del transcripto es la más variable y es la determinante de la isoforma PPARγ. Hasta mediados de 2005, se habían identificado 3 exones en la región terminal 52 en muchas especies, incluyendo el mono Rhesus y el humano; estos son conocidos como exón A1, exón A2 y exón B; están alternativamente ayustados con los exones 1-6 del ORF para generar 3 isoformas bien establecidas de PPARγ. PPARγ1 consiste de un exón A1 y un exón A2 sin traducir, ayustados junto con los exones 1-6; el mRNA para PPARγ2 consiste de un exón B traducido y exones 1-6, así que en humanos la proteína codificada por PPARγ tiene 28 aminoácidos adicionales en el término N. Una tercera isoforma, PPARγ3, identificada en humanos, consiste solamente del exón A2 sin traducir y su región terminal 52, así como los exones 1-6; PPARγ4 contiene solamente los exones 1-6, los cuales son comunes a todos los subtipos PPARγ. Recientemente se identificaron 2 nuevos exones en el DNA complementario (cDNA, por sus siglas en inglés) de PPARγ en macrófagos de monto, que han sido llamados exón C y exón D. Ambos exones se combinan con los exones A1-A2 o con el exón B para formar nuevas isoformas de PPARγ.
PPARα es expresado a niveles relativamente altos en el hígado, el intestino delgado, riñón, corazón y tejido adiposo café, y es un jugador importante en la regulación del transporte y oxidación de FAs, proliferación celular y comunicación inflamatoria. PPARδ es ubicuamente expresado y está involucrado en el desarrollo, metabolismo de lípidos, proliferación de células epidérmicas, mielinización de los nervios, sanado de heridas y respuestas adaptadoras al ejercicio en el músculo esquelético. PPARγ juega un papel en la homeostasis de glucosa, metabolismo de lípidos, ciclo celular, inflamación y carcinogénesis, y es un factor de diferenciación de adipocito.
La expresión de las varias isoformas de PPARγ muestra especificidad tisular. PPARγ1 es la más ampliamente expresada, PPARγ2 está localizada primariamente en los adipocitos, PPARγ3 es encontrada en adipocitos, epitelio colónico y macrófagos, mientras que la distribución de PPARγ4> es poco clara.
Entre la multitud de agentes que activan los PPARs, muchos son de origen nutricional; por esta razón se ha sugerido que los PPARs median la regulación dietaria de la expresión génica. Existe alguna especificidad entre los ligandos y los subtipos PPAR; diferencias estructurales y en aminoácidos en el paquete ligador de la isoformas PPAR contribuyen a la selectividad para la unión a ligando. Los ligandos de PPAR pueden ser clasificados en ligandos sintéticos (tales como los proliferadores de peroxisoma, compuestos hipolipidémicos, compuestos antiinflamatorios y compuestos sensibilizadores a la insulina) y en ligandos naturales (tales como ácidos grasos de cadena media, ácidos grasos de cadena larga y eicosanoides. Los LCFAs, particularmente los PUFAs, activan preferentemente PPARα, pero también son capaces de activar PPARδ y PPARγ.
Entre los LCFAs, los FAs de 18 y 20 carbonos son ligandos preferidos para la activación de PPAR. Por lo tanto, la activación de PPARs por FAs de 22 carbonos requerirá muy posiblemente de la retroconversión previa a PUFA de 20 carbonos, un proceso que requiere la β-oxidación peroxisómica. PPARα se une a 18:1n-9 y 20:5n-3 con casi la misma afinidad, a pesar de que 20:5n-3 pero no 18:1n-9 activa PPARα en hepatocitos primarios de rata. La explicación más simple es que la poza intracelular de NEFAs disponible para activar a PPARα está sujeta a regulación metabólica; dado que 20:5n-3CoA ha sido reportada como un substrato pobre para la síntesis de TAGs, el decremento en la asimilación de EPA en lípidos neutros podría elevar esta concentración intracelular a un nivel suficiente para activar PPARα.
Aunque se piensa que los LCFAs son ligandos endógenos putativos de PPARα, la mayoría de los estudios de unión a radioligando demostraron que PPARα se une a LCFAs insaturados solamente con afinidades débiles (valores Kd en el rango micromolar) y los LCFAs saturados (ácidos laurico y palmítico) se unen todavía peor. Estas afinidades basadas en radioligando para LCFAs son varios órdenes de magnitud más débiles que la afinidad de PPARα por xenobióticos sintéticos. Dado que las concentraciones nucleoplásmicas de LCFAs están en el rango de 39-68 nM, basándose en ensayos de unión a radioligando parecería improbable que los LCFAs sean ligandos endógenos fisiológicamente significativos para PPARα. Por otro lado, los paquetes de unión de PPARs son 3-4 veces más grandes que aquellos en otros receptores nucleares, siendo por lo tanto lo suficientemente grandes para permitir que diferentes FAs se unan en múltiples conformaciones. Los PUFAs flexibles son probablemente ligandos fisiológicamente relevantes de los PPARs aún si exhiben afinidad y actividad más bajas, comparados con otros compuestos, y los PPARs pueden funcionar como sensores de lípidos y reconocer varios diferentes metabolitos más que una sola hormona con alta afinidad. Más recientemente, utilizando ensayos de unión por fluorescencia directa y desplazamiento de fluorescencia, se ha proporcionado evidencia significativa, indicando que PPARα exhibe alta afinidad (valores de Kd 15-20 nM) para los LCFAs insaturados (pero no para los saturados). Debe todavía confirmarse si solamente los LCFAs insaturados representan ligandos endógenos fisiológicamente significativos para PPARα.
Los datos indican que también los metabolitos de LCFA, tales como LCFA-CoAs, pueden representar ligandos de PPARα de alta afinidad endógenos activos. La observación de la alta afinidad e PPARα por LCFA-CoAs y LCFAs insaturados está en concordancia con la estructura del paquete de unión a ligando de esta proteína, la cual consiste de 13 α-hélices y 4 β-filamentos pequeños, con un paquete de enlace formando una cavidad en forma de ‘Y’ de 1400 Å3 . Este volumen parece suficiente para acomodar LCFAs así como LCFA-CoAs, los cuales tienen volúmenes típicos de <430 Å3 y <700 Å3 , respectivamente. La estructura global de la región dominio de unión a ligando de cada subtipo PPAR es muy similar, con cambios específicos de aminoácidos que determinan la especificidad de ligando entre los subtipos, sugiriendo que cada subtipo PPAR puede interactuar con acil-CoAs.
Los PPARs ejercen sus efectos en la transcripción génica por dimerización con los receptores del ácido 9,cis-retinoico (RXRs, por sus siglas en inglés). El heterodímero se une a una secuencia corta de DNA, el elemento de respuesta PPAR (PPRE, por sus siglas en inglés) presente en la región promotora de los genes objetivo (target), el cual es una secuencia DR1 (repetición directa de la secuencia AGGTCA, separada por un nucleótido). Si el nucleótido entre los 2 hexámeros es una adenina, la afinidad de unión del heterodímero PPAR/RXR es marcadamente mejorada. También, la presencia de una secuencia AA/TCT en el lado 5’ del PPRE incrementa la afinidad, dado que estas características del DNA resultan en una polaridad al heterodímero unido, el PPAR uniéndose al hexámero corriente arriba (extremo 5’) mientras que RXR interactúa con el hexámero más bajo, en 3’.
Los RXRs se unen al isómero 9-cis del ácido retinoico (RA, por sus siglas en inglés) solamente, mientras que otros receptores nucleares, los receptores de ácido retinoico (RARs, por sus siglas en inglés) se unen tanto a los isómeros 9-cis como a los todo-trans (all-trans). El RA se deriva de la vitamina A dietaria (retinol), la cual puede ser convertida en retinal dentro de las células. El retinal es el precursor del RA todo-trans, el cual puede ser enzimáticamente isomerizado a 9-cis RA. La regulación de esta etapa enzimática controla la relación 9-cis/todo-trans dentro de la célula, regulando las rutas de RAR y RXR.
Aunque los RXRs poder estar activos como homodímeros, los heterodímeros RXR son la especie molecular fisiológicamente relevante, y dado que RXR es el socio obligado con otros receptores nucleares, entre ellos los PPARs, es el receptor clave en muchas rutas. Otra peculiaridad de RXR es su propensión a formar un homotetrámero autorreprimido en la ausencia de ligandos.
RXR es también capaz de unirse a FAs, y se ha demostrado que el ácido docosahexaenoico (DHA, por sus siglas en inglés) lo activa. La deficiencia de DHA en rata y humano resulta en anormalidades similares a aquellas observadas en ratones noqueados en RXR. La habilidad de RXR para ligar FAs subraya su involucramiento potencial en la homeostasis de lípidos a través de complejos mecanismos de retroalimentación, en asociación con otros receptores nucleares tales como PPARs. Otros PUFAs estrechamente relacionados a DHA, como EPA o AA, pueden activar RXR pero con menor eficiencia, mientras que otros FAs, tales como el ácido erúcico (C22:1n-9) no lo hacen.
El cambio conformacional que ocurre con la unión del ligando a los PPARs también facilita el reclutamiento de coactivadores: el coactivador 1 del receptor esteroide (SRC-1, por sus siglas en inglés), proteína ligadora de CREB/p300 (CBP, por sus siglas en inglés) –CREB es un factor de transcripción que se une a ciertas secuencias de DNA llamadas elementos de respuesta cAMP, incrementando o disminuyendo la transcripción de los genes hacia 3’-, la proteína de interacción con receptores nucleares 1 (NRIP1 o RIP140, por sus siglas en inglés), la proteína asociada al factor androgénico 70 (ARA70, por sus siglas en inglés), miembros de la familia de coactivadores DRIP/TRAP (complejo multiproteinico que funciona como coactivador transcripcional, conocido también como proteína interactuante con el receptor de vitamina D –DRIP, por sus siglas en inglés- o proteínas asociadas al receptor de hormona tiroidea –TRAP, por sus siglas en inglés-), proteína interactuante con PPAR, el coactivador 1 de PPARγ y la proteína ligadora de PPAR (PBP, por sus siglas en inglés). De forma similar a otros receptores de hormona esteroidea, existen también correpresores que se asocian con los PPARs: el correpresor de receptor nuclear (NCoR, por sus siglas en inglés) y el mediador silenciador para los receptores de hormona retinoide y tiroideo (SMRT, por sus siglas en inglés), que se disocian del receptor con la unión del ligando.
La actividad de los PPARs puede ser modificada también por fosforilación, nitración, ubiquitinación y sumoilación. El impacto de la fosforilación en la actividad de los PPARs depende en el residuo que es fosforilado así como en la cascada de quinasa que está siendo activada; la nitración de residuos de tirosina en PPARγ inhibe la translocación del citosol al núcleo. La unión del ligando a PPARγ induce la ubiquitinación y por tanto la degradación del receptor, mientras que la unión de ligando a PPARα estabiliza el receptor al disminuir su rata de ubiquitinación. La unión del ligando también regula la sumoilación de PPARγ, la cual ocurre en un residuo diferente de lisina en una manera dependiente de ligando o independiente de ligando y ejerce diferentes efectos. Los ligandos están, por lo tanto, influenciando la actividad de PPAR en una manera muy compleja.
Aunque la identificación de un PPRE en la región promotora es algunas veces considerado suficiente para asumir que un gen es un objetivo de PPAR, estos análisis estereotípicos no son suficientes para explicar la acción de PPAR específica en algún tejido. La expresión basal de varios genes es dominantemente regulada en una manera específica al tejido y no inducida por un ligando de PPAR solamente, aun si ese tejido expresa abundantemente PPARs. Esta acción PPAR específica a cada tejido puede ser explicada por 2 posibilidades: a) el gen sensible es general y dominantemente reprimido y PPAR/RXR solo no puede activar la transcripción sin un factor potenciador específico al tejido; b) el gen es básicamente activado por PPAR/RXR solo pero las células expresan un represor.
Los PUFAs uniéndose a PPARα resultan en la estimulación rápida de los genes involucrados en la oxidación de lípidos, mientras que los PUFAs inhiben los genes lipogénicos, tales como el de la FA sintetasa. Esta inhibición no es mediada por PPARα, ya que se ha demostrado también en ratones PPARα nulos, indicando que algunos efectos de los PUFAs no son mediados por PPARα. Los PPARs pueden mediar efectos represores indirectos denominados transrepresión, por inhibición de la actividad de factores de transcripción clave. La transrepresión puede ocurrir por inhibición de la unión de los factores de transcripción al DNA mediante interacción directa proteína-proteína (inmovilización o ‘tethering’) o mediante secuestro de los cofactores necesarios para su actividad (sofocamiento o ‘squelching’). De cualquier forma, la unión de ligando es fundamental para los efectos represores de PPAR. Aunque los mecanismos antes mencionados podrían explicar los efectos represivos mediados por PPAR de los PUFAs en la expresión génica, otros factores de transcripción han sido identificados como posibles mediadores para la inhibición de diferentes genes, asociada a PUFAs.
Dentro del núcleo: PUFAs y otros receptores nucleares
Receptores X del hígado (LXRα y LXRβ)
LXRα se encuentra principalmente en hígado, riñones, intestino, tejido adiposo y glándulas adrenales, mientras que LXRβ es expresado más ubicuamente. Ambos LXRs se unen a oxiesteroles y regulan directamente la expresión de los genes involucrados en la síntesis hepática de ácidos biliares. Se ha demostrado también que los LXRs regulan genes involucrados en el metabolismo de lípidos tales como la lipoproteína lipasa, la ácido graso sintetasa, la acetil-CoA carboxilasa y la estearoilo-CoA desaturasa 1. Adicionalmente, LXRs regulan indirectamente la expresión de genes lipogénicos a través de la regulación de la transcripción del gen SREBF1 (conocido también como SREBP-1c, entre otros alias). LXR funciona por heterodimerización con RXRα y uniéndose a repeticiones DR-4 llamadas elementos de respuesta a LXR (LXREs, por sus siglas en inglés). Los FAs trabajan en diferentes formas para antagonizar los efectos de LXRs en la promoción de síntesis y almacenamiento de lípidos: a) Los FAs insaturados antagonizan la unión de oxiesterol a LXRα e inhiben la activación de LXR; la jerarquía para este efecto es 20:4n-6 > 18:2n-6 > 18:1n-9. Los FAs saturados no tienen efectos; b) Los FAs inhiben la unión de los heterodímeros LXRα/RXRα a los LXRE; c) se ha demostrado que los PPARα y PPARγ que son activados por PUFAs se unen directamente a LXRs y antagonizan sus efectos lipogénicos, probablemente debido a la competencia entre PPAR y LXR por el socio RXR. Los activadores de PPARα inducen la transcripción del gen NR1H3 (de LXRα), pero no del gen NR1H2 (de LXRβ) a través de elementos cis-reguladores en el promotor de NR1H3. Así, los PUFAs pueden inducir potencialmente los niveles de LXRα en las células, mientras que inhiben la unión de LXRα a oxiesteroles; d) la unión de PUFAs a LXRs resulta en la inhabilidad de LXR para inducir la transcripción de SREBF1, causando un decremento en lipogénesis.
Factor nuclear hepático 4α (HNF-4α)
HNF-4α es un miembro de la familia de factores nucleares de hepatocito que incluye 6 diferentes isoformas. Se une a elementos DR1 como un homodímero y parece ser indispensable para la diferenciación del hepatocito y funciones hepáticas tales como la secreción de colesterol y lipoproteína. Es expresado principalmente en el hígado, los riñones, intestino y páncreas, siendo capaz de activar genes objetivo (también denominados genes blanco, genes diana o genes target) aun en la ausencia de ligando.
Una amplia gama de genes hepáticos es controlada directa o indirectamente por HNF-4α. Estos incluyen los genes que codifican apolipoproteínas CII, CIII, AII y AIV, enzimas involucradas en el metabolismo de hierro y carbohidratos (L-piruvato quinasa, fosfoenolpiruvato carboxiquinasa), citocromo P450, monooxigenasas y síntesis de ácidos biliares.
Los tioesteres acilo graso-CoA en concentraciones fisiológicas pueden modular la actividad de HNF-4α al unirse directamente con su dominio de unión a ligando. El efecto de esta unión parece ser dependiente de factores tales como el largo de cadena y el grado de insaturación del FA. Mientras la unión de FAs saturados (14:0-CoA o 16:0-CoA) activa a HNF-4α, la unión de 18:3n-3-CoA, 20:5n-3-CoA o 22:6n-3-CoA resulta en la represión de HNF-4α.
Proteína ligadora del elemento regulador de esterol (SREBP)
Los SREBP son factores de transcripción hélice-rizo-hélice involucrados en la transcripción de genes relacionados a la síntesis de colesterol y otros lípidos. Se han descrito por lo menos 3 SREBPs; SREBP-1a y SREBP-1c son transcritos del mismo locus génico, pero difieren en el término N, siendo SREBP-1c el subtipo predominante expresado en roedores y humanos; un gen separado codifica SREBP-2. SREBP-1 ha emergido como un regulador de la síntesis de FA y TAG, mientras que SREBP-2 regula la síntesis de colesterol.
Los SREBPs son traducidos como grandes precursores inmovilizados en el retículo endoplásmico, en donde SREBP está ligado al extremo C-terminal a la proteína activadora de separación de SREBP. Cuando los niveles celulares de colesterol son elevados, las proteínas INSIG se unen y atrapan la proteína activadora de separación de SREBP, reteniéndola en el retículo endoplásmico y evitando que acompañe a los SREBPs del retículo endoplásmico al sitio de activación proteolítica en el aparato de Golgi.
Con el agotamiento de esterol, tanto SREBP como la proteína activadora de la separación de SREBP se mueven al aparato de Golgi en donde las proteasas (sitio 1 proteasa y sitio 2 proteasa) separan la proteína para liberar una forma transcripcional madura (nSREBP, por sus siglas en inglés) que viaja al núcleo para unirse a elementos reguladores de esterol en los promotores de genes específicos.
Los SREBPs actúan en genes que contienen secuencias llamadas elementos sensibles a esterol (SREs, por sus siglas en inglés) en sus regiones promotoras. SREBP-1c se une a los SREs en los promotores de muchos genes involucrados en la lipogénesis de novo y la síntesis de TAG, incluyendo ATP-citrato liasa, acetil-CoA carboxilasa, ácido graso sintetasa, estearoilo-CoA desaturasa 1 y glicerol fosfato acilo transferasa; SREBP-2 estimula los genes involucrados en la síntesis de colesterol.
Las ratas alimentadas con dietas ricas en grasas suplementadas con PUFAs ω-3 y ω-6 han mostrado un decremento en los niveles nucleares y expresión de genes objetivo conteniendo SER. SREBP no puede unirse a FAs o colesterol; en su lugar, su efecto en la expresión génica está determinado por la regulación de la abundancia nuclear de nSREBPs. Una elevación en el colesterol intracelular inhibe la sitio 1 proteasa, reduciendo efectivamente la formación de nSREBPs. Así, el colesterol es un regulador retroalimentador que controla el nivel nuclear de SREBP. El colesterol no está distribuido de manera equitativa en las células; la mayoría del colesterol se encuentra en la membrana plasmática, con frecuencia asociado con esfingomielina (SM, por sus siglas en inglés). SM típicamente contiene cadenas saturados de acilo y junto con el colesterol se encuentra asociada con balsas lipídicas (microdominios de la membrana plasmática cuya fluidez es mucho menor a la de su entorno). El tratamiento de células con FAs insaturados estimula la esfingomielinasa, liberando ceramidas (un ácido graso unido mediante un enlace amida a una esfingosina) así como redistribuyendo el colesterol de la membrana plasmática al retículo endoplásmico. Estos eventos suprimen el procesamiento proteolítico del precursor de SREBP y resultan en un declive en los noveles de nSREBP y la expresión génica mediada por SREBP. Este mecanismo no afecta a los mRNA que codifican algún SREBP.
Los PUFAs reducen el contenido nuclear de SREBP-1c vía u mecanismo de 2 fases. La primera fase es rápida (<60 minutos) y consiste en la inhibición mencionada del proceso de liberación proteolítica; la segunda fase involucra una reducción adaptativa (unas 48 horas) en el contenido hepático de mRNA de SREBP-1, que es subsecuentemente seguida por una reducción en la cantidad de la proteína precursora de SREBP-1. Los FAs insaturados suprimen selectivamente los niveles hepáticos del mRNA que codifica a SREBP-1 (tanto 1a como 1c), pero no a SREBP-2; la jerarquía para la regulación pro FA del mRNASREBP-1c es 20:5n-3 = 20:4n-6 > 18:2n-6 > 18:1n-9. Este efecto puede ser atribuido a la inhibición de transcripción del gen SREBF1 así como la mejora en la rotación del mRNA que codifica a SREBP-1; los PUFAs reducen la vida media del mRNA de SREBP-1c de 11 horas a menos de 5 horas. Recientemente se ha demostrado que 22:6n-3 acelera la degradación de nSREBP-1 por una ruta dependiente del proteasoma 26S, mientras que tiene un impacto pequeño en el SREBP-1 o el nSREBP-2 microsómicos.
Está bien documentado que la grasa dietaria regula la expresión génica, controlando la actividad/abundancia de factores de transcripción claves. La regulación de la expresión génica por los PUFAs también cumple con la modulación del procesamiento de mRNA, el deterioro de mRNA y la estimulación de modificaciones postraduccionales de proteína.
Adicionalmente, existen rutas alternativas para la regulación de la función de factores de transcripción por PUFAs, a través de la generación de ligandos alternativos o la activación de cascadas de señalización de quinasas. Por ejemplo, la incorporación de PUFAs en los PLs de membranas afecta la fluidez de la membrana y el contenido de colesterol, además de impactar la generación de moléculas señalizadoras. El enriquecimiento de PUFAs en los componentes de la membrana asociados con balsas lipídicas (tanto los PLs como los componentes acilados de proteína) tiene un impacto significativo en los receptores asociados a proteína G, Src quinasa, proteína quinasas activadas por mitógeno (MAP quinasas) y la señalización de Ca2+ . La fosforilación por MAP quinasas de PPARs, SREBPs y HNF-4α afecta su actividad. La elevación de PUFAs en los PLs de membrana también afecta los niveles de colesterol en membrana. El incremento de PUFAs en los PLs desplaza al colesterol hacia el citoplasma, en donde puede afectar el procesamiento microsómico de SREBP.
Los PUFAs también afectan la síntesis de lípidos bioactivos generados por ciclooxigenasas (COXs, por sus siglas en inglés) 1 y 2, así como en las 5-, 12- y 15-lipoxigenasas (LPXs, por sus siglas en inglés). Tanto los productos de COXs como de LPXs se unen y afectan la actividad de PPARs, particularmente PPARγ. Entre los PUFAs, EPA es no solamente un substrato pobre para COXs y LPXs, en contraste con 20:4n-6, sino que los eicosanoides que se originan del mismo exhiben una actividad débil como activadores de PPARs.
Independientemente de sus mecanismos de acción, una presunción subyacente en relación a los efectos de los ácidos grasos en la expresión génica es que estos son absorbidos y transportados, y que entran a las células. Dado que muchas variables regulan la absorción intestinal, el transporte y la captura celular, la concentración citosólica de FAs puede diferir significativamente entre sujetos y tejidos. Adicionalmente, el metabolismo intracelular de FAs regula la captura de FAs. A su vez, el metabolismo requiere el transporte intracelular y la activación de FAs, lo cual aparece como una etapa clave que liga la captura con el metabolismo. La activación del ácido graso, uniéndose a proteínas citosólicas y el metabolismo intracelular, parece ser una fuerza regidora en la regulación de la concentración de acilo-CoA y NEFA dentro de la célula. Se desconoce buena parte de cómo ocurre esta regulación, pero dado que podría ser diferente en las diferentes células y para diferentes FAs, podría explicar parcialmente por qué diferentes FAs no tienen el mismo efecto final en todos los tejidos.
Las acciones nucleares de los PUFAs están establecidas por lo menos en las células hepáticas, en páncreas, el sistema inmune, el cerebro, el tejido adiposo y el corazón, y la posibilidad de contrarrestar enfermedades humanas por FAs dietarios, particularmente los PUFAs ω-3, ha sido investigada ampliamente, aunque los efectos terapéuticos son todavía materia de debate (para algunos ácidos grasos y algunas rutas metabólicas y de señalización). Es importante recordar que los efectos de los PUFAs se deben a cambios en la composición de FAs de las membranas y las alteraciones subsecuentes en la señalización hormonal, así como a su influencia directa, independiente de la membrana, en eventos moleculares que gobiernan la expresión génica. Los estudios han establecido a los PUFAs como reguladores universales del metabolismo celular, incrementando nuestra comprensión del papel que las grasas dietarias juegan a nivel celular y a nivel nuclear. Los estudios sobre el mecanismo molecular por el cual los PUFAs ω-3 y ω-6 funcionan, allanarán el camino para encontrar nuevos blancos para el tratamiento dietario y farmacológico de varias enfermedades crónicas.
En este escenario complejo, es fundamental subrayar que los efectos de los PUFAs dependen en gran medida de las concentraciones celulares de los mismos; todavía deben establecerse las cantidades dietarias de PUFAs ω-3 y ω-6, así como la óptima relación ω-6:ω-3 para un máximo beneficio metabólico. Las investigaciones en proceso así como las futuras, deberán explorar la efectividad real de los PUFAs en la prevención y/o cura de enfermedades humanas, diseñando estudios que representen estrechamente las condiciones fisiológicas y tomando en cuenta todas las variables que podrían influenciar la concentración de PUFAs en las diferentes células. Tales estudios proveerán hallazgos valiosos a nuestro entendimiento de la complejidad de los efectos de los PUFAs, y serán útiles para los educadores (clínicos incluidos) y organismos reguladores en la determinación de recomendaciones para lograr una salud óptima a través de una buena alimentación.
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