Inhibición de la autofagia mediada por chaperonas genera sobreactivación de macroautofagia y sobrevida en cardiomiocitos expuestos a estrés nutricional

Abstract

El catabolismo de proteínas es un proceso celular fundamental que ha captado la atención de distintos investigadores en los últimos años. Existen dos mecanismos por los cuales la célula degrada proteínas defectuosas: uno extralisosomal, mediado esencialmente por el proteosoma, y otro denominado lisosomal, en el cual este organelo tiene un papel protagónico en la degradación de proteínas, especialmente en las de vida media prolongada. La célula utiliza tres vías para degradar las proteínas a través del lisosoma: macroautofagia, microautofagia y autofagia mediada por chaperonas (AMC). Esta última se activa bajo condiciones de estrés fisiológico tales como la privación de nutrientes. Proteínas citosólicas con una secuencia aminoacídica particular son reconocidas por un complejo de proteínas chaperonas y destinadas al lisosoma para ser degradadas vía AMC, esta última se distingue de la macroautofagia principalmente en que no requiere tráfico vesicular. Las proteínas sustrato a ser degradadas se unen a la proteína receptora LAMP-2A, presente en la membrana lisosomal por lo que tanto sus niveles como los de Hsc70 (chaperona requerida para este proceso proteolítico) en el lisosoma se relacionan directamente con la velocidad de degradación de AMC. El recambio de proteínas intracelulares es de particular importancia en células terminalmente diferenciadas como son los cardiomiocitos y las neuronas, pues cualquier desequilibrio induce la acumulación de proteínas anormales. Diferente es lo que ocurre en células con alta capacidad proliferativa, en las cuales este efecto se mitiga por dilución a través de múltiples divisiones celulares. La oxidación de proteínas es una consecuencia del metabolismo aeróbico, así como la producción de especies reactivas de oxígeno (EROs). Paralelamente, también se ha observado aumento de EROs en estados de estrés fisiológico, modificando las proteínas y favoreciendo su agregación al interior de la célula. Finalmente, este último proceso se asocia a diferentes estados patológicos por lo cual su remoción o la prevención de su formación son fundamentales para la sobrevida celular. Siendo la AMC un mecanismo involucrado en la degradación de proteínas especialmente bajo condiciones de estrés, se requiere establecer si ella se activa en cardiomiocitos privados de nutrientes, conocer cómo se regula y cuál es su interdependencia con la formación de EROs. Con esta finalidad, esta tesis tiene como hipótesis: “La privación de nutrientes estimula la autofagia mediada por chaperonas en el cardiomiocito como un mecanismo protector frente a daño oxidativo”.

The catabolism of proteins is a fundamental cellular process that has captured the attention of several researchers in the recent years. There are two mechanisms by which the cell degrades defective proteins: one extralysosomal, mediated primarily by the proteasome, and another called lysosomal, in which this organelle has a key role in protein degradation, especially in the long half-life proteins. In the last case, the cell may use three mechanisms to degrade proteins: macroautophagy, microautophagy and chaperone-mediated autophagy (CMA). The latter is activated under physiological stress conditions such as nutrient deprivation. Cytosolic proteins with a specific amino acid sequence are recognized by a chaperone protein complex and destined into the lysosome for degradation via CMA, the latter is distinguished mainly from macroautophagy by requiring no vesicular traffic. The substrate protein to be degraded bind to the receptor protein LAMP-2A present in the lysosomal membrane, therefore substrate protein and Hsc70 levels (chaperone required for this proteolytic process) in the lysosome are directly related to the rate of degradation AMC. The turnover of intracellular proteins is of particular importance in terminally differentiated cells such as cardiomyocytes and neurons, since any imbalance induces the accumulation of abnormal proteins. In those cells with high proliferative capacity, this effect is mitigated by dilution through multiple cell divisions. The protein oxidation is a consequence of aerobic metabolism and the production of reactive oxygen species (ROS). In parallel, it has been shown that the increase in ROS during physiological stress, modifying proteins and promoting their aggregation into the cells. Finally, this latter process is associated with various disease states for which removal or prevention of their formation are essential for cell survival. Being the AMC a mechanism involved in protein degradation, especially under stress, it is important to establish whether AMC is activated in nutrient-deprived cardiomyocytes, how is regulated and its interdependence with ROS generation. To this end, we propose the following hypothesis: "The deprivation of nutrients stimulates chaperone-mediated autophagy in cardiomyocytes as a protective mechanism against oxidative damage."