Mecanismos moleculares de regulación de la via mtorc1/p70s6k, autofagia y mitofagia: papel de tsc2

• Autores: Ana García Aguilar
• Directores de la Tesis: Carlos Guillén Viejo (dir. tes.), Manuel Benito de las Heras (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Molecular mechanisms of mTORC1 regulation, proliferation, autophagy and mitophagy: role of TSC2
• Tribunal Calificador de la Tesis: Guillermo Velasco Díez (presid.), Angela María Martínez Valverde (secret.), Elisa Fernández Millán (voc.), Antonio Zorzano Olarte (voc.), Patricia Boya Tremoleda (voc.)
• Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
      • Biología molecular
      • Proteínas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    La diabetes tipo 2 es una enfermedad progresiva, caracterizada por una resistencia a la acción de la insulina por parte de varios tejidos de nuestro organismo. En una fase inicial, las células beta pancreáticas son capaces de desarrollar mecanismos compensatorios como hiperplasia e hipertrofia, con el objetivo de mejorar dicha resistencia a la insulina. Sin embargo, llega un momento en el que se produce la pérdida de la viabilidad de las células beta. Aunque no se conocen de manera precisa los mecanismos moleculares por los cuales las células beta comienzan a fracasar, numerosos trabajos en la literatura demuestran que durante la progresión a la DT2 existe una hiperactivación de la vía del complejo 1 diana de rapamicina en mamíferos o mTORC1. Dicha hiperactivación es beneficiosa en la primera fase de la enfermedad, debido a que activa la proliferación celular de las células beta, pero de manera crónica contribuye al aumento del estrés de retículo endoplasmático y al fracaso celular. mTORC1 inhibe un proceso de control de calidad citoplasmático denominado autofagia, cuyo objetivo es la eliminación de proteínas u orgánulos dañados. El complejo de esclerosis tuberosa formado por las proteínas TSC1 y TSC2, tiene como función inhibir a mTORC1. El presente trabajo persigue contribuir al conocimiento de la regulación de la vía mTORC1, y las consecuencias sobre la modulación de la proliferación, la autofagia, y específicamente, la autofagia de mitocondrias denominada mitofagia. Para ello, hemos utilizado una línea de células beta denominada MIN6, y no beta pancreáticas, HEK 293T y MEF. Por un lado, la nicotinamida, inhibidor alostérico de la actividad desacetilasa de la sirtuina1 o SIRT1, estimuló la acetilación en lisinas de TSC2, así como aumentó el estado de ubiquitinación de TSC2, disminuyó su estabilidad, activó la vía mTORC1 e inhibió la autofagia. Por otro lado, el resveratrol, inductor de SIRT1, previno de la acetilación de TSC2, favoreció su estabilidad, inhibió a mTORC1 y activó la autofagia. También, demostramos que SIRT1 modula el estado de acetilación de TSC2 por su región amino terminal. Además, demostramos que los efectos observados con nicotinamida o resveratrol sobre la regulación de mTORC1 y la autofagia, son dependientes de TSC2. Otro objetivo fue analizar el efecto sobre mTORC1 de dos mutaciones puntuales de TSC2, K106Q y K599M, encontradas en pacientes con esclerosis tuberosa. El mutante TSC2 K106Q, considerado un acetil mimético, presentó una hiperactivación basal de mTORC1, un aumento en la ubiquitinación de TSC2, y una menor activación de la autofagia en respuesta a resveratrol. Además, tanto la nicotinamida como TSC2 K106Q favorecen la proliferación celular. De manera contraria, el resveratrol y TSC2 K599M bloquean la proliferación. El estado de acetilación de ambos mutantes, fue significativamente menor que el TSC2 WT, lo que sugiere que ambas lisinas son moduladas por acetilación. Por último, nos propusimos analizar la respuesta autofágica y mitofágica frente a un daño oxidativo, en las células MEF TSC2 WT y TSC2 KO. Observamos que las células TSC2 KO presentan una hiperactivación basal de mTORC1, un mayor número de mitocondrias o proteínas marcadas para su degradación, y una incapacidad de activar la autofagia en respuesta a CCCP. Asimismo, las células TSC2 KO presentan un defecto en la acumulación de PINK1 en la membrana mitocondrial con potencial desacoplado, y como consecuencia, se produce una menor translocación de la ubiquitin ligasa Parkina a la mitocondria. Por último, el tratamiento con rapamicina, clásico inhibidor de mTORC1, en las células TSC2 KO, favorece el proceso de mitofagia. Como conclusión, es preciso entender los mecanismos subyacentes que controlan la viabilidad de las células beta, para el desarrollo de nuevos tratamientos farmacológicos y estrategias preventivas que puedan retrasar o detener la progresión a la diabetes.

  • English

    Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM) is characterised by a first phase in which the principal event is the defect in the insulin’s action, called insulin resistance, accompanied with normoglycemia. During this phase, pancreatic β cells increased its cell number (hyperplasia) and its cell size (hypertrophy), along with an increase in insulin secretion in order to compensate hyperglycemia (Prentky, M et al. 2006). The duration of this phase is different in each patient, and finally, β cells begin to fail, and hypoinsulinemia appears. During T2DM progression, it was observed a hyperactivation of the complex 1 of the mammalian target of rapamycin (mTORC1), which is beneficial in the first phase due to an increase in β cell proliferation. However, the chronic mTORC1 hyperactivation drives to an increase in endoplasmic reticulum (ER) stress, and βcell failure. Recently, our group is focused on the study of mTORC1 pathway. Tuberous sclerosis complex, formed by two proteins called hamartin (TSC1) and tuberin (TSC2), acts an integrator of energetic signals and growth factors. TSC2 protein presents a GAP domain, which activates Rheb intrisic GTPase activity, promoting its inhibition, and as a consequence, mTORC1 inhibition. The mTORC1 signaling regulates numerous biological processes, such as proliferation, protein synthesis and autophagy inhibition. Autophagy is a physiological mechanism of cytoplasmic quality control, which its main function is the elimination of damaged proteins and organelles, diminishing ER-stress. Autophagy plays an important role in the maintaining β cells homeostasis (Jung H.S. et al., 2008; Ebato, C. et al. 2008)...