Transglutaminase 2 conformation as a new target to treat vascular dysfunction in aging and diabetes

• Autores: Estefano Pinilla Pérez
• Directores de la Tesis: Ulf Simonsen (dir. tes.), Luis Rivera de los Arcos (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2020
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 215
• Títulos paralelos:
  • La conformación de la transglutaminasa 2 como una nueva diana para tratar la disfunción vascular en envejecimiento y diabetes
• Tribunal Calificador de la Tesis: Jesper Norregaard Bech (presid.), Francisco Pérez Vizcaíno (secret.), Rhian Touyz (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Farmacia por la Universidad Complutense de Madrid y la Universidad de Alcalá
• Materias:
  • Ciencias médicas
    • Farmacodinámica
      • Mecanismos de acción de los medicamentos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    La disfunción endotelial es un factor de riesgo independiente para las complicaciones cardiovasculares asociadas con el envejecimiento y la diabetes. La transglutaminasa 2 (TG2) es una enzima ubicua, cuya conformación abierta presenta actividad transamidasa dependiente de calcio; ésta actividad incrementa con la edad y la hiperglicemia, habiendo sido relacionada con procesos fibróticos, disfunción endotelial y remodelado vascular interno. Por otro lado, en su conformación cerrada, la TG2 presenta actividad GTPasa, participando en la señalización transmembrana, abriendo canales de potasio en células musculares lisas vasculares (CMLVs) y promocionando la supervivencia celular. Lo anteriormente expuesto condujo a la hipótesis de que la estabilización de la conformación cerrada por medios farmacológicos podría reducir la presión sanguínea y prevenir la disfunción endotelial. La electroforesis nativa de TG2 humana reveló que el inhibidor reversible LDN 27219 es capaz de inducir la conformación cerrada de la enzima. El LDN 27219 produjo una relajación directa dependiente del óxido nítrico (NO) en arterias pequeñas de rata y humano montadas en miógrafos isométricos. Además, la incubación con LDN 27219 aumentó la sensibilidad de las CMLVs al NO por medio de la apertura de canales de potasio activados por calcio de alta conductancia (KCa1.1), potenciando así la vasorelajación inducida por acetilcolina (ACh). Registros de patch-clamp en CMLVs confirmaron que el LDN 27219 incrementa la corriente a través de canales KCa1.1. Las arterias mesentéricas pequeñas de ratas de mayor edad presentaron niveles más elevados de actividad transamidasa y fueron más sensibles a la potenciación causada por el LDN 27219. Consecuentemente, la infusión in vivo de LDN 27219 causó una disminución de la presión arterial más pronunciada en ratas de mayor edad. Por el contrario, la inducción de la conformación abierta de la TG2 por inhibidores irreversibles previno los efectos del LDN 27219 y presentó efectos opuestos en arterias y CMLVs. Los efectos vasoprotectores dependientes de la edad del LDN 27219 fueron observados también en arterias de ratones db/+ normoglicémicos. Además, LDN 27219 revirtió parcialmente la disfunción endotelial en arterias de ratones db/db diabéticos ex vivo. Basándonos en estos resultados, estudiamos los efectos del tratamiento con LDN 27219 durante tres semanas en el desarrollo de la disfunción endotelial en arterias de ratones db/db. El tratamiento con LDN 27219 a largo plazo demostró ser más efectivo que el tratamiento con candesartán en la prevención de la disfunción endotelial en arterias pequeñas sin afectar a la presión arterial. Con la perspectiva de aplicar moduladores de la TG2 para prevenir complicaciones renovasculares durante el envejecimiento y la diabetes, estudiamos el papel de los canales de potasio activados por calcio en la hiperpolarización derivada del endotelio de arterias intrarenales. Utilizando registros de patch-clamp en células endoteliales e inmunohistoquímica, encontramos la expresión de canales KCa1.1 y de canales de potasio activados por calcio de intermedia y pequeña conductancias (KCa3.1 y KCa2.3 respectivamente) en el endotelio de arterias intrarenales. Registros de tensión isométrica revelaron que los canales KCa1.1 y KCa3.1 tienen un papel esencial en la vasorelajación inducida por ACh en la circulación preglomerular, sugiriendo que la modulación de canales KCa1.1 por la TG2 es una potencial estrategia para mejorar la función vascular renal. En conclusión, los hallazgos de la presente tesis sugieren que la conformación de la TG2 juega un papel importante en la función endotelial de las arterias pequeñas, principalmente por medio de la apertura de canales KCa1.1. Por ello, la modulación de TG2 a su conformación cerrada constituye una estrategia prometedora para el tratamiento de la disfunción endotelial en estados que cursan con sobreactivación de la TG2, como son la diabetes y el envejecimiento.

  • English

    Endothelial dysfunction is an independent risk factor for cardiovascular complications associated with aging and diabetes. Transglutaminase 2 (TG2) is a ubiquitously expressed enzyme with calcium-dependent transamidase activity; it is overactive in aging and diabetes and has been linked with fibrotic processes in the cardiovascular and renal systems (e.g. stiffening, calcification) as well as with endothelial dysfunction in diabetes and inward remodeling in hypertension. These effects have been ascribed to the open TG2 conformation. On the other hand, the closed conformation of TG2 has GTP-binding activity, acting as a G protein in transmembrane signaling, opening potassium channels in vascular smooth muscle cells (VSMCs) and participating in cell survival. This led to the hypothesis that induction of the closed conformation by pharmacological means would present blood-pressure lowering effects and prevent endothelial dysfunction...