Regulación de la Lipólisis


Los triacilgliceridos (TAG) almacenados en el tejido adiposo pueden ser movilizados rápidamente por la acción hidrolítica de las lipasas, con la liberación de ácidos grasos (AG) que son utilizados por otros tejidos durante la época de la privación de la energía. A diferencia de la síntesis de TAG, que se produce no sólo en el tejido adiposo, sino también en otros tejidos, como el hígado para la formación de lipoproteínas de muy baja densidad, la hidrólisis de TAG, la lipólisis, se produce predominantemente en el tejido adiposo. Hasta hace poco, la lipasa sensible a hormonas fué considera como la clave limitantante, la enzima responsable de regular la movilización de TAG. Sin embargo, estudios recientes en la lipasa sensible a hormonas de ratones han desafiado tal concepto. Una lipasa llamada desnutrin/ATGL ha sido descubierta recientemente como un papel clave de la lipólisis en los adipocitos.

La lipólisis se encuentra bajo regulación hormonal apretada. Aunque de la regulación de la lipólisis en el tejido adiposo por la insulina y las catecolaminas se entiende bien, factores autocrinos y paracrinos también pueden participar en su regulación. Un complejo entramado de la cooperación de estos factores endocrinos, autocrinos y paracrinos conduce a una buena regulación de la lipólisis en los adipocitos, necesarios para la homeostasis de la energía. En esta revisión, se resumen y discuten los recientes avances en la regulación de la lipólisis en los adipocitos; acidos grasos; desnutrin/ATGL; lipasa sensible a hormonas; las catecolaminas y la insulina.
Los adipocitos desempeñan un papel crítico en la homeostasis energética por hidrólisis (lipolisis) de sus reservas de triglicéridos (TAG) proporcionando ácidos grasos (AG) que son importantes para los combustibles oxidativos para otros tejidos durante las horas de privación energética, tales como el ayuno y el ejercicio. La desregulación de la lipólisis puede llevar a anomalías metabolicas.
La reducción de la actividad lipolítica puede contribuir a la acumulación de TAG en el tejido adiposo y por lo tanto la obesidad. Por otra parte, la lipólisis excesiva puede contribuir a la lipodistrofia, síndrome que se caracteriza por una pérdida significativa o la redistribución del TAG en los depósitos de tejido adiposo, lo que puede dar lugar a una mayor circulación FA y almacenamiento ectópica de TAG. Estas anomalías se asocian con el desarrollo de resistencia a la insulina. Así, la regulación fina de la lipólisis es crucial para el mantenimiento de la homeostasis de la energía del cuerpo, así como para la prevención de las enfermedades metabólicas.

Reglamento de la HSL
Durante el proceso lipolítico, una molécula de glicerol y tres moléculas de AF se producen mediante la hidrólisis de una molécula de TAG. Las moléculas de FA son liberadas a la circulación y son tomadas por otros tejidos. Las FA también se pueden oxidar o ser utilizazadas para la reesterificación en los adipocitos y contribuir a la producción TAG.
La lipólisis esta bajo una regulación estricta por las hormonas, es decir, las catecolaminas y la insulina, de las cuales su secreción está bajo regulación nutricional.
Durante muchos años, la lipasa sensible a hormonas (HSL) fue considerada una enzima reguladora, hidrolizando FA de TAG en posición sn-1 y sn-3 generando 2-monoacilglicerol (MAG), que posteriormente se requiere de la lipasa monoacilglicerol para la hidrólisis completa. Según este modelo, la lipólisis en los adipocitos se activa por las catecolaminas, en tiempos de necesidad energética, tales como el ayuno y el ejercicio.
La unión de la hormona a los receptores s acoplados da como resultado un aumento de la actividad de la adenilato ciclasa. La estimulación de la adenilato ciclasa da lugar a un aumento de las concentraciones intracelulares de AMPc, resultando en la activación de PKA dependiente de cAMP. PKA fosforila a HSL menos tres residuos de serina (563, 659 y 660) en un tramo de 150 aminoácidos, denominada módulo de regulación.
Esta reglamentación módulo se encuentra en el dominio COOH-terminal de la HSL, que también contiene la triada catalítica (Ser-423, Asp-703, y His-733). La fosforilación de la HSL da como resultado un aumento de la actividad hidrolítica, la translocación de HSL del citosol a la superficie de las gotas de lípidos, y el desglose de TAG disminuye en la célula. Además de la fosforilación mediada por la PKA, la HSL puede ser fosforilada por quinasas tales como ERK1 / 2 a través del PMA / PKC / MAPK y de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK), una quinasa propuesta a ser un sensor de energía celular, así como la quinasa dependiente de cGMP. In vitro, la fosforilación de la HSL por la AMPK impidió fosforilaciónes posteriores por la PKA, y viceversa. Por lo tanto la fosforilación de la HSL mediada por la AMPK puede tener un efecto antilipolítico.

La acción hidrolítica de la HSL está regulada por la perilipina A, con una gotita de lípidos asociada a proteínas. La asociación de la perilipina A con una gotita de lípidos controla la magnitud de la lipólisis. Así la perilipina A puede actuar como una barrera a las lipasas, lo cual mantiene una baja tasa de la lipólisis basal. A la estimulación hormonal, la perilipina A se somete a la fosforilación por PKA en seis de residuos de serina y la fosforilación en Ser-517 puede regular PKA estimulando la lipólisis en los adipocitos.
La PKA dependiente de la fosforilación de la perilipina puede facilitar el desplazamiento de la HSL a la gota de lípidos. Sin embargo, un estudio reciente demostró que la PKA-dependiente de la fosforilación de la perilipina, aunque facilitando la interacción de la perilipina con las gotas de lípidos asociadas con HSL, no participa en la translocación de la HSL a la gota de lípidos. En cualquier caso, la fosforilación de ambos (perilipina y HSL) cataliza eficientemente la distribución de TAG en diacilglicerol (DAG) y el MAG. Las gotas lipidícas asociadas a proteínas incluyen la perilipina-adipophilin-TIP47 de la familia de proteínas PAT, así como otras proteínas de ácidos grasos del adipocito, uniendo proteínas (AFABP/ALBP/aP2) y la caveolina-1. Se sabe que la familia proteica PAT está destinada a ser gotas lipídicas asociadas a proteínas y también a ser componentes integrales de la membrana plasmática.
Aunque su función y distribución no son claros, se ha propuesto que la familia de proteínas PAT con sus ácidos grasos de carga en dominios especializados de la membrana plasmática transitan en gotitas de lípidos, como parte del mecanismo de flujo.
En cualquier caso, las gotas lipídicas en los adipocitos parecen adquirir sus proteínas PAT y caveolina-1 por la interacción con la membrana plasmática en dominios especializados. En este sentido, la caveolina-1 en ratones muestra marcadamente atenuada la actividad lipolítica de los adipocitos y falla la movilización adecuada de los TAG almacenados durante el ayuno.
Una formación de complejos entre perilipina, caveolina-1 y la subunidad catalítica de la PKA se informó de ser inducida por el tratamiento agonistas de B3AR. Por lo tanto las PAT y otras gotas lipídicas asociadas a proteínas pueden constituir un importante y funcional complejo lipolítico en la regulación de la lipólisis.
En este sentido, CGI-58 [Identificación comparativa del gen 58 alfa / beta-hidrolasa de dominio que contiene la proteína 5 (CGI-58/ABHD5)], que se asocia con el síndrome de Dorfman-Chanarin con acumulación excesiva de TAG en diversos tejidos, también interactúa con la perilipina y por lo tanto se localiza en las gotas de lípidos. CGI-58 ha sido muestra para activar a la desnutrin / ATGL, pero no la HSL, para estimular la lipólisis.
Mecanismos moleculares subyacentes a la activación de la lipólisis por la CGI-58 también pueden proporcionar una mejor comprensión sobre la función de la perilipina y otras gotas de lípidos asociados a proteínas.
La desnutrin / ATGL es la principal lipasa de TAG en adipocitos según estudios en las HSL de ratones, sin embargo, se destacó la importancia de lipasas e hidrólisis de TAG en los adipocitos. Las HSL deficientes en ratones alimentados con una dieta alta en grasa mostraron un peso corporal normal y la disminución de la masa grasa, pero aún así el tejido adiposo blanco retenido - 40% de la actividad de la lipasa de TAG en comparación con ratones salvajes. Por otra parte, la respuesta lipolítica a ampliarse de ratones en ayuno parecían normales, con la HSL adecuada o incluso mayor movilización y la oxidación de la FA.
Esto sugiere que por lo menos una lipasa no identificada debe existir y es enzimáticamente activa cuando la HSL está ausente. Además, la deficiencia de la HSL llevó a la acumulación de DAG en el tejido adiposo de ratones en los que se eliminaron las HSL, sin cambio significativo en los niveles de TAG, lo que sugiere que la HSL es la limitación de la velocidad para la hidrólisis de DAG mejor que la hidrólisis de TAG.
En estudios in vitro se proporciona más evidencia de que la HSL puede ser la limitación de la velocidad en el hidrólisis de DAG, pero no en la de TAG. La HSL tiene una amplia especificidad de sustratos y puede hidrolizar TAG, DAG, y MAG, así como ésteres de colesterol y retinol. Sin embargo, la HSL es más activa contra la DAG y los esteres colesterol (CES) de TAG y el MAG. Por ejemplo, la HSL tiene una actividad 10 veces mayor con DAG en comparación con los TAG in vitro. Por otra parte, la HSL puede ser la única, y por lo menos, la hidrolasa CE principal; la HSL tiene alta actividad hacia la CE in vitro y en ratones sin HSL, la capacidad hidrolítica hacia CE estaba totalmente perdida. En general, estos hallazgos indican que otra lipasa tiene preferencias para la hidrólisis del primer enlace éster en la molécula de TAG.
Recientemente, nuestro laboratorio y, posteriormente, otros dos laboratorios identificaron una lipasa llamada TAG desnutrin/ATGL (También llamada PNPLA2, iPLA2 o TTS2.2) que, efectivamente, mostraron muchas propiedades predichas de la que aún no se ha identificado en lipasa(s) de tejiido adiposo descrito. Desnutrin/ATGL es un 486-aminoácido de la proteína con una masa molecular calculada de 54 kDa. Desnutrin/ATGL contiene un dominio patatin como en el NH2 terminal de la región. El dominio debe su nombre a patatin, una proteína de reserva que se encuentran en la papa y otras plantas solanáceas que exponen la actividad hidrolasa acilo lipidica y la actividad esterasa. La homología de desnutrin/ATGL a la patatin que contiene el dominio de familia de proteínas sugirió a la desnutrin/ATGL como una lipasa. Tres regiones muy conservadas pueden ser identificados en el dominio de patatin desnutrin/ATGL y proteínas relacionadas: una GXGXXG glicina-rica motivo de nucleótidos vinculantes, un GXSXG motivo hidrolasante de serina (característica de serina esterasa), y un DX (A/D) con motivos que contienen un residuo de aspartato conservado. Los residuos de serina y aspartato constituyen una díada catalítica que se requiere para la actividad lipasa del patatin. La sobreexpresión de desnutrin/ATGL reveló un aumento en la degradación de TAG y liberación de FA, lo que demuestra el papel de desnutrin/ATGL como una lipasa de TAG.
Ensayos in vitro de las hidrolasas lipídicas confirmaron que desnutrin/ATGL es una hidrolasa de TAG y, a diferencia de la HSL, no hidroliza enlaces éster de colesterol o retinol. La importancia funcional de desnutrin/ATGL como hidrolasa de TAG también ha sido confirmada por Drosophila melanogaster orthholog brummer, y Saccharomyces cerevisiae TGL3.
En ratones, la ablación de desnutrin/ATGL aumento la masa del tejido adiposo alrededor de un doble y causó la deposición de lípidos en otros tejidos, sobre todo en el corazón. La ablación o la sobreexpresión de desnutrin/ATGL restringida al tejido adiposo ayudará a desentrañar con mayor claridad el papel de desnutrin/ATGL en este tejido.
Aunque expresó su mayor parte a un alto nivel sólo en tejido adiposo, desnutrin/ATGL ARNm también se encuentra en bajos niveles en una variedad de tejidos. La expresión de desnutrin/ATGL aumenta durante la diferenciación de adipocitos. La favorecida expresión de desnutrin/ATGL en los adipocitos confirma claramente la participación de los desnutrin en una función preferencial, pero no es exclusiva de los adipocitos. La expresión de desnutrin/ATGL también es inducida por glucocorticoides, cuyos niveles también aumentan durante el ayuno. Por otra parte la expresión de desnutrin/ATGL fue regulada negativamente por la realimentación y la insulina. Así desnutrin/ATGL, junto con la HSL, puede aumentar la hidrólisis de TAG del tejido adiposo en ayuno. Curiosamente, desnutrin/ATGL ARNm fue regulada negativamente en db/db y ratones ob/ob, lo que sugiere que desnutrin/ATGL puede contribuir al desarrollo de la obesidad mediante la reducción de la acumulación de TAG debido a la estimulación de la lipólisis en el tejido adiposo.
La regulación de la actividad de desnutrin/ATGL parece muy diferente en comparación con lo descrito para la HSL. En primer lugar, desnutrin/ATGL podría ser una fosfoproteína pero su fosforilación no parece estar mediada por PKA.
En segundo lugar, la desnutrin/ATGL se localiza en la gota de lípidos, en la basal y el estado hormonal estimulado de la célula, lo que sugiere que la desnutrin/ATGL no puede ser activada por translocación a la gota de lípidos como lo demuestra la HSL. Por lo tanto, no se sabe si la fosforilación de desnutrin afecta a su localización o actividad catalítica. Estudios adicionales son también necesarios para comprender plenamente el papel de la perilipina en la regulación de desnutrin/ATGL y su relación con la HSL en la hidrólisis de TAG en los adipocitos.
Además de las HSL y desnutrin/ATGL, otras enzimas han sido implicados en la lipólisis del adipocito: incluyen hidrolasas de TAG, así como otros patatin -como dominio- conteniendo proteínas incluyendo adiponutrin (iPLA2_/PNPLA3), GS2 (IPLA2_/PNPLA4), y GS2 como (PNPLA5), que han sido reportadas con actividad hidrolasa in vitro. Proteínas como GS2 y GS2, pero no adiponutrin, aumentan la lipólisis cuando estan sobre expresadas. Esto sugiere que proteínas como GS2 y GS2 pueden desempeñar un papel en la lipólisis, mientras que adiponutrin puede que también lo haga.
Tienen una función distinta en los adipocitos. Curiosamente, adiponutrin se expresa específicamente en los adipocitos, no es detectable en ayuno, pero se induce en estados de obesidad. Para complicar el asunto, adiponutrin y GS2, así como la ahora identificada lipasa de TAG y desnutrin/ATGL fueron todas reportadas teniendo tanto actividad fosfolipasa como transacilasa in vitro.

De todos modos, la desnutrin/ATGL y la HSL son cuantitativamente más importantes que las lipasas que se encuentran en el tejido adiposo. Así, en el modelo actual propuesto de la cascada lipolítica, la lipólisis es catalizada por al menos tres enzimas: Desnutrin/ATGL que cataliza principalmente la hidrolisis del primer enlace éster en TAG (aunque una fracción de la hidrólisis de TAG puede ser catalizada por la HSL). Entonces, el DAG resultante es hidrolizado por la reacción catalizada de la HSL para generar MAG. Por último, la hidrólisis del MAG es catalizada por la lipasa monoacilglicerol, que es abundante y no regulada.

Regulación hormonal de la lipólisis:
La regulación de la lipólisis en el tejido adiposo por las catecolaminas y la insulina ha sido bien documentada. Durante el ayuno, las catecolaminas son las hormonas principales que probablemente estimulan la lipólisis, especialmente en los seres humanos. Estas hormonas puede alcanzar el tejido adiposo a través de la circulación (principalmente adrenalina) o a través de la inervación simpática (noradrenalina). La acción lipolítica de las catecolaminas está mediada por tres diferentes subtipos de receptores adrenérgicos: ß1AR, ß 2AR y ß3AR.

Considerando que ß1AR y ß2AR están ampliamente expuestos en los tejidos del cuerpo, ß3AR se encuentra predominantemente en adipocitos de roedores blancos y marrones y no está bien expresado en los adipocitos humanos. Cada uno de estos receptores se junta a Gs, y su activación por catecolaminas conduce a la cascada lipolítica (como se discutió anteriormente). A diferencia de los roedores, los adipocitos humanos expresan niveles significativos de ß2AR. Las catecolaminas pueden ejercer un efecto antilipolítica en los adipocitos humanos mediante la unión a Gi junto ß2AR, dando lugar a una disminución de la concentración intracelular los niveles de cAMP. Por lo tanto el equilibrio entre AR puede ser importante en la regulación de la lipólisis del adipocito y la obesidad en los seres humanos.
Al respecto, los ratones transgénicos la ß2AR sobre un fondo nocaut ß3AR mostró que las catecolaminas estimulan la reducción de la lipólisis y desarrollando la obesidad. Junto con las catecolaminas, los glucocorticoides también son elevados en ayuno. Como se ha indicado anteriormente, mediante la inducción de la expresión de desnutrin/ATGL, los glucocorticoides también podrán participar en la estimulación de la lipólisis en el tejido adiposo durante estado de ayuno. Por otro lado, la insulina es, con mucho, la hormona antilipolítica más potente. En el estado postpandrial, la insulina inhibe la lipólisis, lo que provoca la desfosforilación de HSL, así como la activación de la fosfodiesterasa que reduce los niveles de cAMP. La insulina induce la fosforilación y activación de PDE3B, que parece estar asociada con caveolas en los adipocitos. Se ha demostrado que PDE3B es inhibida por un dominio negativo de PKB/Akt, lo que sugiere que la PI3K/Akt es necesaria para inducir la fosforilación y la activación de PDE3B por la insulina. La fosforilación de la serina-273 de PDE3B por PKB/Akt puede ser responsable de la activación mediada por la insulina de PDE3B. La insulina también puede suprimir la lipólisis por activación de la proteína fosfatasa-1 a través de la fosforilación de su subunidad reguladora. Se activa la proteína fosfatasa, ocurre una rápida desfosforilacion y se desactiva HSL, disminuyendo la lipólisis.
A pesar de que la oposicion a la regulación de la lipólisis por la insulina y catecolaminas está bien caracterizada, no se sabe mucho acerca de regulación de la lipólisis por otras hormonas o factores autocrinos y paracrinos. Se ha informado de que la hormona de la tiroides, la hormona del crecimiento, el péptido natriurético, alfa-estimulante de los melanocitos hormonales (MSH), así omo el TNF estimulan la lipólisis mientras que la adenosina y el neuropéptido la inhiben. PGE2 que tiene una sido reportada con un efecto bifásico: PGE2 en concentraciones nanomolares suprime la lipólisis, mientras que en concentraciones micro molareres la estimula. Por otra parte, PGI2 no mostró ningún efecto en general, o ejercido un efecto bifásico: PGI2 en concentraciones nano molares estimula la lipólisis, mientras que a concentraciones micro molares la suprimió. Junto con las hormonas principales que regulan la lipólisis.



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Fig. 1. Reglamento de la lipólisis en los adipocitos. La lipólisis no solo está bajo control hormonal apretado, sino que es estimulada durante el ayuno por el aumento de las catecolaminas (a través de mayor campo) y los glucocorticoides, pero se suprime en estado post pandrial por acción de la insulina. La lipólisis es catalizada por lipasas. Desnutrin / ATGL es la predominante realizando el paso inicial, la hidrólisis de los triglicéridos (TAG) dando lugar a la formación de diacilglicerol (DAG) y ácidos grasos (AG). Hormonesensitive lipasa (HSL) cataliza la hidrólisis de los TAG, DAG, y monoacilglicerol (MAG) en una proporción de 01:10:01 in vitro. La monoacilglicerol lipasa (MGL) cataliza hidrólisis del MAG para formar glicerol y FA. AC: adenilato ciclasa; AR: receptores alfa-adrenérgicos; Gs: estimulador de proteínas de unión a GTP en la subunidad alfa; gi: proteína inhibidora de unión a GTP en la subunidad alfa.



La insulina y las catecolaminas, factores autocrinos y paracrinos pueden participar para la regulación exacta de la lipólisis en los adipocitos para cumplir con los cambios fisiológicos y metabólicos. La señale de la vía de transducción y mecanismos moleculares que subyacen la regulación de la lipólisis en respuesta a varias hormonas y los factores autocrinos y paracrinos necesitan ser dilucidados en el futuro. En conclusión, la lipólisis del adipocito es un proceso complejo que está estrechamente controlado mediante la integración de múltiples y diversas señales hormonales y bioquímicas. El desglose de la presente regla puede contribuir al desarrollo de la obesidad y patologías asociadas. Muchos avances interesantes se han realizado recientemente, incluyendo el descubrimiento de las principales lipasas que catalizan la lipólisis del adipocito. Sin embargo, sigue habiendo dudas, de como la regulación de las enzimas lipolíticas y la interacción de sus coordenadas así como la cooperación entre señales endocrinos, autocrinos y paracrinas que regulan la lipólisis en los adipocitos. Utilizando el ratón como modelo genético para la generación de lipasas, es probable que nuestra comprensión de la lipólisis en los adipocitos se logre en el un futuro próximo.


Realizado por: Br.José Alejandro Betancourt
Bibliografía utilizada: http://ajpgi.physiology.org/cgi/reprint/293/1/G1