Función del AMP quinasa en el tejido adiposo


El AMP quinasa, está involucrado en la homeostasis energética celular. Sus funciones han sido estudiadas principalmente en tejidos como músculo e hígado. Ésta enzima estim
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Muestra histológica del tejido adiposo. Fuente: http://www2.victoriacollege.edu/dept/bio/Belltutorials/Histology%20Tutorial/Basic%20Tissues/imageA1H.JPG
ula las vías que incrementan la producción de energía (transporte de

glucosa, oxidación de ácidos grasos) e inactiva las vías que consumen energía (lipogénesis, síntesis de proteínas y gluconeogénesis). Esto ha llevado al concepto que, el AMP quinasa tiene un interesante potencial farmacéutico en las situaciones de resistencia a la insulina y es de hecho el objetivo de los medicamentos existentes y las hormonas que mejoran la sensibilidad a la insulina.
El tejido adiposo es la clave principal en el metabolismo energético ya que, de ella se crea la liberación de los sustratos y las hormonas que están implicados en el metabolismo y en la sensibilidad a la insulina. La activación en el tejido adiposo puede ser realizada en situaciones de ayuno y ejercicio. La leptina y la adiponectina, así como medicamentos hipoglucemiantes son activadores de la AMPK en el tejido adiposo. La activación probablemente implica cambios en el AMP/ ATP y de su quinasa LKB1. Cuando se activa,la AMPK limita el flujo de salida de ácidos grasos de los adipocitos y favorece la oxidación de ácidos grasos locales. Dado que los ácidos grasos tienen un papel muy importante en la resistencia a la insulina, especialmente en músculo, la activación del AMPK en el tejido adiposo puede ser considerada beneficiosa en los estados de resistencia a la insulina, particularmente como la activación del AMPK puede reducir las secreciones de citoquinas en el adipocito.

Tejido Adiposo: Energía y endocrinología

El Almacenamiento de energía cuando existe la disponibilidad de alimentos,es un factor determinante en la supervivencia en los períodos demayor gasto de energía o disminución de la disponibilidad de ésta. Por esto, la principal forma de almacenamiento de energía está representada por los triglicéridos que se encuentran en los adipocitos del tejido adiposo. Éste tejido se compone además de células endoteliales, fibroblastos y macrófagos que se encuentran en el estroma vascular. Se pueden formar nuevos adipocitos dependiendo de las condiciones nutricionales y hormonales.

El origen del almacenamiento de lípidos puede darse a partir de la dieta o la síntesis de éstos a partir de sustratos no lipídicos. Para tomar lípidos desde el plasma, los adipocitos sintetizan una enzima específica llamada lipoproteína lipasa, que es exportada a la luz del endotelio vascular donde puede hidrolizar triglicéridos ricos en lipoproteínas como los quilomicrones y VLDLs para liberar ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos entran al adipocito a través de unos transportadores y son reesterificados con un glicerol fosfato para formar triglicéridos y almacenarlos en una gota de lípido del adipocito. Ésta gota se encuentra rodeada de unas proteínas al nivel de su membrana llamadas pirilipinas. Cuando sea necesario, los triglicéridos serán hidrolizados (lipólisis) en ácidos grasos y glicerol, los cuales serán exportados de nuevo a la sangre.

La lipólisis requiere varias enzimas que actúan sucesivamente y enzimas claves como la lipasa del tejido adiposo y la lipasa sensible a hormonas (HSL). La actividad de la HSL es regulada a través de varios mecanismos incluyendo la fosforilación reversible y la translocación desde el citosol hacia la superficie de la gota lipídica. La insulina, favorece el almacenamiento de los lípidos a través de la activación de la lipogénesis, la síntesis de la lipoproteína lipasa y de la exportación al endotelio vascular, y a la esterificación de los triaglicéridos a través de la producción de glicerol-fosfato proveniente de la glucosa. Por el contrario, las hormonas adrenérgicas producidas por la medula suprarrenal o por la inervación local simpática, activan la lipólisis a través de la unión a un receptor β-agonista y la producción de AMPc. Es bien sabido, que además de cumplir funciones de almacenamiento de energía y su liberación, el tejido adiposo es también un órgano endocrino, que participa activamente en la homeóstasis de la energía general y de los sustratos que participan. Las hormonas mas importantes que el tejido adiposo produce son la leptina y la adiponectina.

La leptina es una citoquina producida en proporción a la cantidad de tejido adiposo y que actúa en núcleos específicos del hipotálamo del cerebro para reducir la ingesta de los alimentos y que además tiene funciones fuera del cerebro como la estimulación de la oxidación de ácidos grasos en el músculo e hígado y en la activación de la AMP proteína quinasa (AMPK).

La adiponectina pertenece a la familia del complemento 1q. Es una de las transcripciones mas abundantes en los adipocitos y en el plasma, su concentración es alta. En comparación con la leptina, su secreción y concentración plasmática de la adiponectina, está inversamente relacionada con la adiposidad. Las concentraciones plasmáticas de adiponectina van disminuyendo en obesos y roedores diabéticos tipo 2, en primates y en humanos. Es considerada una hormona sensibilizadora de insulina ya que, activa la utilización de glucosa en musculo, pero también induce la oxidación muscular y hepática de ácidos grasos (la acumulación de ácidos grasos o Acil CoA en las células sensibles a la insulina es perjudicial para la señalización de la insulina) y disminuye la producción hepática de glucosa. Esta bien demostrado que en el hígado, los efectos de la adiponectina requieren de la activación de la AMPK.

Las citocinas como la interleucina-6 (IL-6) y factor de necrosis tumoral (TNFα) son producidas por el tejido adiposo, aunque probablemente no específicamente por los adipocitos sino también por las células de la fracción del estroma vascular y pueden favorecer la resistencia en los tejidos sensibles a la insulina. El AMPK está relacionado en otros tejidos en el mantenimiento celular, así como la homeostasis energética corporal. Cuando se activa, inhibe los procesos que consumen energía y activa los procesos que la producen. El tejido adiposo es el componente mayor en la homeostasis energética y la clave principal en la regulación de la sensibilidad a la insulina a través de la liberación de ácidos grasos y secreción hormonal.

Estructura del AMPK en el tejido adiposo

EL AMPK existente en las células es un complejo heterotrimérico con una subunidad catalítica (α) y 2 reguladoras (β y γ). Existen 12 complejos diferentes. Las combinaciones de éstas subunidades le confieren al complejo AMPK diferentes propiedades y que muestre especificidad de tejido. Las células del músculo expresan principalmente el complejo AMPK que contiene la subunidad catalítica α2 y en el hígado expresa las dos isoformas α1 y α2. En el tejido adiposo la subunidad catalítica α1 es la isoforma predominante y forma la mayor parte de la actividad del AMPK. Los complejos que contiene la isoforma α1 son menos sensibles al AMP.


Regulación del AMPK en el tejido adiposo

En el tejido adiposo, el ayuno y el ejercicio activan al AMPK. Puesto que ambas situaciones son concomitantes con estimulación adrenérgica, se pordía prever que los agonistas β-adrenérgicos y su segundo mensajero AMPc estimulan la actividad del AMPK. Se ha sugerido que el efecto del ejercicio en el AMPK del tejido adiposo puede hacer que se produzca la secreción secundaria de IL-6 por los músculos. De hecho, el IL-6 (Además de la leptina y la adiponectina) es capaz de activar al AMPK en F442A en el adipocito y en la disminución de la fosforilación del AMPK que se encuentra después del ejercicio en el tejido adiposo. Las drogas hipoglicemiantes como las biguanidas también inducen un aumento en la actividad de la AMPK en los adipocitos. Las tiazolidinedionas, otra clase de hipoglucemiantes que son ligandos de la transcripción del factor PPARγ fueron incapaces de detectar la activación de AMPK en adipocitos 3T3-L1 con 10 micras de troglitazona, mientras que un aumento de la actividad de la AMPK se muestran en vivo en el tejido adiposo de las ratas tratadas con pioglitazona o rosiglitazona.
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Funcion del AMPK

Las concentraciones de AMP y ATP en las células están en relación de la presencia de la enzima adenilato quinasa. Un incremento en el AMP es la señal que indica la disminución de los niveles de energía en la célula y éste activa al AMPK por un complejo mecanismo involucrado con efectos alostéricos y más importante, la fosforilación de las proteínas quinasas en los residuos 172 de treonina en el bucle de activación de la subunidad catalítica α. La LKB1 es una quinasa que fosforila y activa la AMPK cuando
las concentraciones celulares de AMP se elevan y se une a la subunidad γ, transformando así la AMPK en un sustrato adecuado para la LKB1. Otra quinasa es la calmodulina quinasa βquinasa que fosforila y activa al AMPK en presencia a un aumento en las concentraciones de calcio, independientemente del aumento en la concentración del AMP (esto no ha sido completamente demostrado). El tratamiento de los adipocitos con AICAR que es un medicamento que se transforma en la célula en ZMP que es un análogo del AMP, activa la AMPK. Una adición de fenformina, una biguanida, induce la activación y la disminución de las concetraciones de ATP. Por último, los agentes lipolíticos β-adrenérgicos inducen la estimulación del AMPK es concomitante con una disminución en la concentración del ATP.

Diferenciación del AMPK y el adipocito

Una evidencia indirecta sugiere que la activación del AMPK puede inhibir la diferenciación pre-adipocito. El tratamiento del AICAR de 3T3-L1 o preadipocitos F442A inhibe la diferenciación de adipocitos y bloquea la expresión de marcadores adipogénicos como la sintasa de ácidos grasos y la transcripción de los factores PPARγ y C/EBPα y promueve la apoptosis. Esto no es totalmente inesperado si se considera que la diferenciación es un proceso que consume energía para la participación de nueva membrana (y por lo tanto de lípidos) y la síntesis de proteínas, dos vías que están fuertemente inhibidas por la activación de la AMPK. Pero no es clara si la AMPK tiene una función fisiológica de reglamentación de los adipocitos.

AMPK y la regulación en el metabolismo en el tejido adiposo

Una vez activado, el AMPK fosforila un número de proteínas y modula la transcripción de los genes implicados en la regulación del metabolismo energético para activar las vías catabólicas que producen ATP y desactivar las vías anabólicas que consumen ATP.

Lipogénesis y síntesis de triglicéridos

Una de las primeras proteínas identificadas como blanco de la AMPK es la acetil-COA carboxilasa (ACC), que sintetiza malonil-COA a partir de acetil-COA y es una enzima clave de la vía de la lipogénesis. La fosforilación y por lo tanto la inhibición de la ACC por la AMPK se ha demostrado en varios estudios in vivo y en células intactas. En los adipocitos, un efecto directo en la activación de la AMPK y la fosforilación de la ACC y su actividad, se ha mostrado en los adipocitos de los roedores usando AICAR o en la expresión que activa a la AMPK. Por el contrario, la expresión una forma dominante negativa de la AMPK en los adipocitos se opone a la fosforilación de la ACC después del AICAR o en el tratamiento con isoproterenol (isoprenalina). El ejercicio, activa la AMPK y que es concominante con una disminución de la actividad del ACC y de las concentraciones del malonil-COA. Es decir que la activación del AMPK en los roedores, disminuye la vía de la lipogénesis y la disminución de la síntesis de triglicéridos.

Lipólisis

Consiste en la ruptura de los triglicéridos para la liberación de ácidos grasos y glicerol. La activación del AMPK usando AICAR se ha demostrado que inhibe la lipólisis inducida por receptores β-adrenergico. Otros activadores como las biguanidas, también inhiben la acción en la lipólisis. El uso de AICAR con fenformina induce la activación del AMPK y deteriora fuertemente la lipólisis. Los ratones con la eliminación de la subunidad catalítica α2 del AMPK tienden a tener un aumento de la masa adiposa por hipertrofia de los adipocitos cuando se alimentaron con una dieta alta en grasas,en comparación con los ratones que tuvieron un control de los alimentos altos en grasa.
Sabemos que la subunidad α2 del AMPK representa sólo una pequeña parte de la actividad de la AMPK en el tejido adiposo. Ésta hipertrofia de los adipocitos tal vez sea la consecuencia de la adaptación del metabolismo del adipocito posterior a la pérdida de la actividad de la AMPK α2 en otros tejidos como el músculo o hígado.

¿Cómo sería el mecanismo de la inhibición de la lipólisis por la AMPK? Se han demostrado 2 enzimas que controlan la hidrólisis de los triglicéridos en el adipocito. La lipasa sensible a hormona (LSH) es la primera que tiene una función reguladora. La LSH hidroliza tanto triglicéridos, diglicéridos y ésteres de colesterol, aunque poseen mas especificidad para los diglicéridos. Agentes lipolíticos como los agonistas β-adrenergicos regulan extremadamente a la LSH, aumentando los niveles celulares de AMPc, activando a la proteína quinasa (PKA) dependiente de AMPc, que a su vez cataliza la fosforilación de la LSH, haciéndola activa como también promueve su translocación en la gota de lípido. La LSH es el sustrato de la AMPK. El AMPK fosforila en la posición 565 de los residuos de Serina, lo que impide la fosforilación adicional de la regulación por la PKA. Las posiciones de regulación por la fosforilación de la LSH por la PKA son Ser-659 y Ser-660, confirmando que la activación de la AMPK, incrementa la fosforilación de la LSH en los residuos Ser-565 en los adipocitos y mas importante que se opone a la inducción del isoproterol para el desplazamiento hacia la gota de lípido, que es un requisito importante para la activación de la lipólisis.

La existencia de una segunda lipasa regulatoria fue descubierta durante los estudios de la LHS en los ratones modificados genéticamente (Knock-out mice). En éstos ratones, La cantidad de tejido adiposo ha disminuido y la composición lipídica se ve afectada con una acumulación de diacilglicerol marcados. Las β-Agonista induce a que la lipólisis sea menor. Sin embargo, la lipólisis basal es normal y la actividad hidrolítica de los ésteres de colesterol no es muy detectable en el tejido adiposo de los ratones modificados y la actividad neutra de la lipasa de triglicéridos está presente. Ésta actividad fue identificada como lipasa de triglicéridos de adipocito (ATGL). Recientemente, la eliminación genética de ésta ATGL fue considerada importante en la hidrólisis de triglicéridos como el rol que ejerce la LSH en la hidrólisis de diglicéridos. Los ratones modificados en los estudios de la LHS, la actividad ATGL se ve incrementada en la presencia de los β-agonistas y en parte a ésta respuesta lipolítica, puede existir la traslocación desde el citoplasma hasta la gota de lípido, como se ha mostrado anteriormente. Por lo tanto, es obviamente de interés para probar si la ATGL también es sustrato de la AMPK y si su fosforilación se opone a su traslado a la gota de lípido. La membrana de la gota de lípido está cubierta por perilipina unas proteínas hidrofóbicas. La fosforilación de las perilipinas por la PKA induce su reubicación fuera de la membrana, lo que permite que la LSH llegue a sus sustratos. Las perilipinas son el sustrato de la AMPK que las fosforila para que éstas salgan hacia la membrana y no se conoce la manera en como lo hacen.

Oxidación de ácidos grasos

Dos modelos de la activación de la AMPK en el tejido adiposo están relacionados con el incremento de la oxidación de ácidos grasos. El primero, la proteína desacoplante mitocondrial UCP-1 se sobreexpresa en los adipocitos por un aumento en la relación AMP/ATP,l lo que produce la activación de la AMPK, la inactivación del ACC y una disminución de la lipogénesis. Esto produce un incremento en la oxidación de ácidos grasos que puede venir con una disminución de la concrentación de malonil-COA, lo que garantiza la no inhibición de la carnitina palmitoil-transferasa I, que cataliza la entrada de los ácidos grasos (AG) hacia la mitocondria y constituye la enzima que limita la velocidad de la oxidación de AG. La sobreexpresión de la UCP-1 es concomitante con la biogénesis mitoncondrial en los adipocitos. El segundo, ha inducido hiperleptinemia usando un adenoviral mediado por la sobreexpresión de la leptina en el hígado.

En el tejido adiposo de éstos hiperleptinizadas ratas, la expresión de UCP-1 y la UCP-2 aumenta, por lo que induce a la actividad de la AMPK y conlleva a la fosforilación e inactivación de la ACC. También existe una gran biogénesis mitocondrial, lo que permite una rápida transformación de los adipocitos blancos a la “máquina oxidativa de grasa”. En éstos animales, la hiperleptinemia induce una disminución de las reservas de grasa en el cuerpo y esto se debe a la oxidación de los AG dentro de los adipocitos ya que éstos liberan glicerol, pero no los AG. Curiosamente, la leptina no tuvo efecto en la obesidad inducida por dieta, implica un bloque letinergico en los adipocitos durante la sobrealimentación. Además la activación del AMPK no es la responsable por todas las características del metabolismo de estos modelos, ya que el resultado no sugiere que sean similares estos efectos en otros tejidos. La activación del AMPK induce en los adipocitos un incremento en la oxidación de AG.

Transporte de glucosa

La activación del AMPK estimula al transporte de glucosa que incrementa la translocación de GLUT4 en el músculo. Estudios realizados en adipocitos 3T3-L1, han reportado que el tratamiento de adipocitos diferenciados con AICAR, mejora la captación de glucosa basal por un mecanismo independiente de la señalización de la insulina. Sin embargo, la sobreexpresión de una forma dominante negativa de AMPK en adipocitos 3T3-L1 tratados con AICAR suprime la activación de AMPK, sin afecta el aumento en la captación de glucosa, planteando la pregunta de la participación directa de la AMPK con estimulación de AICAR para el transporte de glucosa en este modelo. Otro experimento, con adipocito de ratas, ha mostrado que la adiponectina activa a AMPK e incrementa la captación de glucosa. En este estudio, la inhibición de AMPK por fármacos elimina la estimulación del estimulado del transporte de glucosa por la adiponectina y se produce sin afectar la estimulación de la insulina para la captación de glucosa. Esto sugiere el rol que cumple el AMPK en el transporte de glucosa en los adipocitos que involucra un mecanismo independiente de las vías de señalización de la insulina. Sin embargo, la acción que produce el AMPK en la inducción de la translocación del GLUT4 en las membranas de los adipocitos no está muy clara.

AMPK y secreción adipocrinas

Como se indicó antes, el tejido adiposo se considera ahora como un órgano endocrino, que participa en la homeóstasis energética, la ingesta de alimentos y la inflamación. En el tejido adiposo humano, el AICAR ha demostrado un incremento en la expresión de la hormona sensibilizadora de insulina, la adiponectina. Un estudio con adipocitos 3T3-L1 se ha demostrado lo contrario, una inhibición en la expresión de adiponectina y un secreción en respuesta a la activación del AMPK por el fármaco anti-diabético metformina. Los efectos metabólicos y de sensibilidad de la insulina, han sido a causa de la activación del AMPK. Sin embargo, el los diabéticos tipo 2 tratados con metformina, no muestran ningún cambio en la concentración de adiponectina sérica o el contenido de la adiponectina en el adipocito. El rol del AMPK en la regulación de la expresión de la adiponectina y su secreción aún no es muy clara.

En el tejido adiposo humano, los efectos inhibitorios del AICAR en la expresión y secreción de 2 citoquinas pro-inflamatorios, TNFα and interleucina-6 (IL-6) ha sido reportado. Desde que la TNFα inhibe la expresión de la adiponectina, ha sido sugerido que la disminución de la proteína TNFα pueda regular la expresión de la adiponectina y los efectos de la AICAR sobre la adiponectina pueda ser indirecta. La inhibición de la secreción de la TNFα y de IL-6 por la AMPK puede ser beneficioso, ya que la inflamación se cree que contribuye al desarrollo de trastornos asociados con la obesidad como la resistencia a la insulina. La activación de la AMPK en el tejido adiposo por la disminución de TNFα y L-6 y el aumento indirecto en la secreción de adiponectina puede contribuir a la prevención o neutralización de la resistencia a la insulina en pacientes obesos. Sin embargo, la demostración de un efecto más directo de la AMPK en la secreción de citoquinas, espera de la realización de mas experimento.

Realizado por: Br. Johanna B. Alvarez Hoppert
Bibliografia utilizada:
http://jp.physoc.org/content/574/1/55.full.pdf+html