Estudio de la amilina humana (hiapp) en la fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y su relación con las enfermedades neurodegenerativas

• Autores: Jesús Burillo Maldonado
• Directores de la Tesis: Carlos Guillén Viejo (dir. tes.), Manuel Benito de las Heras (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Escrivá Pons (presid.), Blanca María Herrera González (secret.), José Manuel Fuentes Rodríguez (voc.), David Sebastián Muñoz (voc.), Mª Pilar Ramos Álvarez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
      • Proteínas
  • Ciencias de la vida
    • Biología celular
      • Citología
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    La diabetes mellitus tipo 2 es una enfermedad metabólica basada en una glucemia elevada crónica a causa de la aparición de resistencia a la acción de la insulina. Debido a varios factores, las células beta pancreáticas, encargadas de la secreción de insulina, pueden llegar fracasar, lo que precipita la aparición de la diabetes tipo 2 manifiesta. Uno de estos factores es la formación y acumulación de agregados tipo beta amiloide a partir del plegamiento incorrecto de la proteína amilina, una hormona sintetizada y secretada junto con la insulina cuya isoforma humana es capaz de formar agregados beta amiloides, generando una gran toxicidad en las células beta pancreáticas. Este trabajo persigue profundiza en los mecanismos patológicos que desencadena la acumulación de esta proteína, no solo en las células beta pancreáticas, sino en neuronas y el sistema nervioso central, lo que reforzaría la hipótesis del su papel en las enfermedades neurodegenerativas de pacientes diabéticos. Para ello, se estudian las vías de señalización celular del estrés de retículo endoplasmático, la ruta del complejo 1 diana de rapamicina o mTORC1, el mecanismo de auto-reciclaje celular conocido como autofagia y los procesos que regulan la homeostasis mitocondrial.

    Utilizando líneas celulares de insulinoma que sobreexpresan la amilina humana, se ha comprobado que la acumulación de esta proteína y sus agregados son capaces de provocar un incremento del estrés oxidativo celular, así como una acumulación de proteínas dañadas y ubiquitinadas. Además, estas células son más susceptibles a la apoptosis y muerte celular frente a agentes que generar estrés de retículo endoplasmático o bloquean la autofagia, lo que indica que presentan un defecto en la autofagia como mecanismo de supervivencia. Este hecho está derivado de una hiperactividad de la vía de señalización de mTORC1, lo que a su vez podría estar causado por los daños y la eliminación excesiva del principal inhibidor de este complejo, la proteína TSC2. Por último, se observó que las células que sobreexpresan la amilina humana presentan un daño mitocondrial basal, acumulando mitocondrias fisionadas y marcadas para su eliminación por marcadores de mitofagia. Tal y como se ha revelado en los últimos años, el reciclaje intracelular de proteínas y agregados está conectado a los sistemas de secreción de las vesículas extracelulares llamadas exosomas. En este trabajo, se ha demostrado que las células beta pancreáticas son capaces de procesar y secretar los agregados beta amiloides de amilina humana dentro de exosomas, y que estos exosomas provocan en neuronas efectos similares a los observados en los insulinomas, tales como hiperactivación de la ruta mTORC1, estrés de retículo, daño en las mitocondrias y apoptosis. En base a estos resultados, se decidió estudiar los efectos de la expresión transgénica de esta proteína en ratones. Por una parte, la expresión de la amilina humana ha demostrado incrementar el estrés de retículo y la hiperactivación de la ruta mTORC1 en el cerebro de ratones envejecidos. Por otro lado, la hiperglucemia y resistencia a la insulina provocadas por el uso de dieta grasa en estos ratones tuvo como consecuencia un empeoramiento de la memoria espacio-temporal de los animales, y a nivel del hipocampo, hiperactivación de la ruta mTORC1, incremento del estrés oxidativo y la apoptosis, y daño mitocondrial.

    En conclusión, la acumulación de amilina humana y sus agregados son capaces de generar efectos tóxicos en las células beta pancreáticas, tales como impedimento de la autofagia, estrés de retículo y daño mitocondrial. Estos agregados pueden ser procesados y secretados en exosomas, lo que podría explicar la aparente conexión entre patologías como la diabetes tipo 2 y mecanismos de neurodegeneración, lo que refuerza la hipótesis de la relación entre dicha enfermedad y patologías neurodegenerativas como el Alzheimer

  • English

    Type 2 diabetes mellitus is a worldwide metabolic disease which is more prevalent in aged population (International Diabetes Federation, 2021). This disease is characterized by the onset of an insulin resistance that triggers a defect in insulin secretion and consequently, a chronic hyperglycemia status. The development of type 2 diabetes depends on the efficacy of the compensatory mechanism displayed by pancreatic β cells; this mechanism consists of an increase of β cell mass by hyperplasia and hypertrophy in response to an augmented demand of insulin (Stumvoll, Goldsteinand Van Haeften, 2005). Human amylin (hIAPP) is a hormone synthesized and secreted together with insulin in response to glucose, which aminoacidic sequence lacks residues capable of impede β-amyloid structures formation when this protein is misfolded. Due to this feature, human amylin is one of the causative factors of pancreatic β cell failure and type 2 diabetes mellitus onset (Westermark, Anderssonand Westermark, 2011)...