Inmunologia

Ana M. Sánchez

Inés Díaz-Laviada

Universidad de Alcalá

Departamento de Bioquímica

y Biología Molecular

Campus Universitario

Edificio de Medicina

28871 Alcalá de Henares

(Madrid)

Email: ines.diazlaviada@uah.es Una de las funciones más interesantes de los lípidos en el contexto de la biología celular es su capacidad de regular numerosos procesos cruciales para la vida de las células. En particular, los esfingolípidos se han revelado recientemente elementos clave en las cascadas de transducción de señales que regulan procesos importantes de la fisiología celular tales como crecimiento, diferenciación y muerte celular. Consecuentemente, la biología de los esfingolípidos se ha convertido en una diana importante para la investigación en la señalización celular. Los esfingolípidos tienen doble papel como moléculas bioactivas: por un lado, actúan como segundos mensajeros en la transducción de señales extracelulares, pero además, regulan la dinámica de las membranas biológicas formando parte de los microdominios de las membranas llamados "lipid rafts".

Los principales esfingolípidos bioactivos incluyen, ceramida, esfingosina, ceramida-1-fosfato y esfingosina-1-fosfato y median respuestas celulares como proliferación, diferenciación y muerte celular. Entre todos ellos destaca la ceramida, que es el centro de la ruta de síntesis y degradación de esfingolípidos y se podría considerar como regulador del destino celular. Por un lado, la generación de ceramida por estímulos de estrés, activa rutas encaminadas a producir la muerte celular, pero por otro lado su transformación en ceramida 1-fosfato (C1P) o en esfingosina y, posteriormente en esfingosina 1-fosfato (S1P) activa vías mitogénicas y regula diferenciación y proliferación. Además, S1P puede actuar como ligando extracelular uniéndose a los recientemente descubiertos receptores S1P1-5 que pertenecen a la familia de receptores acoplados a proteínas G o GPCRs, lo que amplía el campo de actuación de estos compuestos.

En este trabajo se resumen los hallazgos recientes de la bioquímica y biología celular de los esfingolípidos haciendo especial hincapié en los mecanismos de transducción de señales en los que están implicados.

Estructura y metabolismo de los esfingolípidos Los esfingolípidos están formados por tres motivos estructurales principales: una base de cadena larga, normalmente la esfingosina, un ácido graso de longitud variable unido al carbono-2 de la cadena base y diversas cabezas polares unidas al carbono-1. En el caso de la esfingomielina el grupo hidrofílico es la fosforilcolina (Figura 1), mientras que en el caso de los glicoesfingolípidos es un azúcar (Futerman and Hannun, 2004). El ácido graso de longitud variable (2-28 carbonos) unido a la esfingosina o cadena similar forma la familia de ceramida, una molécula hidrofóbica cuya producción es incrementada bajo estímulos de estrés.

Figura 1. Estructura de la esfingomielina, esfingosina y ceramida.

Hay dos vías principales por las que se puede generar ceramida: la síntesis de novo y mediante la degradación de la esfingomielina de la membrana por las esfingomielinasas. La biosíntesis de novo de los esfingolípidos (Figura 2), se lleva a cabo en el retículo endoplásmico y aparato de Golgi y empieza con la condensación de la serina y normalmente el palmitoil CoA, llevada a cabo por la enzima serin palmitoil transferasa (SPT) para dar 3-cetoesfinganina, la cuál es posteriormente reducida a esfinganina y convertida a dihidroceramida por la enzima dihidroceramida sintasa, también llamada ceramida sintasa. El siguiente paso es la desaturación de la dihidroceramida para generar ceramida, la cual sirve como precursor para esfingomielina y otros esfingolípidos complejos como cerebrósidos y gangliósidos, que se forman por la adición de sustituyentes específicos en la posición C1. La síntesis de esfingomielina está catalizada por la esfingomielina sintasa que transfiere fosforilcolina a la ceramida, generando esfingomielina y diacilglicerol. La ceramida también puede ser formada directamente de la esfingisina por la acción de la ceramida sintasa.

La degradación de ceramida incluye una desacilación llevada a cabo por las ceramidasas, que rinde un ácido graso y esfingosina. Esta reacción regula los niveles relativos de ceramida y esfingosina y es crucial para regular el destino celular. La esfingosina es rápidamente convertida por la enzima esfingosina quinasa (SphK) a esfingosina-1-fosfato (S1P), que es uno de los esfingolípidos bioactivos más importantes. Por otro lado, la ceramida también puede ser fosforilada por la enzima ceramida quinasa (CERK) para dar ceramida-1-fosfato (C1P).

Figura 2. Síntesis y degradación de esfingolípidos.

La segunda vía para la generación de la ceramida incluye la degradación de la esfingomielina catalizado por la enzima esfinomielinasa (SMasa) la cual rompe la esfingomielina para dar ceramida y fosforilcolina. La hidrólisis de la esfinomielina esta considerada como la principal vía para la producción de ceramida como transductor de señales que regulan la muerte celular (Andrieu-Abadie and Levade, 2002).

Al menos cinco subtipos diferentes de SMasas han sido identificados basándose en su pH óptimo, localización subcelular y dependencia de cationes. Entre ellas se incluyen la Smasa neutra dependiente de magnesio y unida a membrana (N-SMasa), una SMasa neutra independiente de magnesio, la SMasa ácida presente en los lisosomas (A-SMasa), una forma secretada y soluble de SMasa ácida dependiente de zinc y una SMasa alcalina (Marchesini and Hannun, 2004). A pesar de los intensos estudios basados en el mecanismo para la activación de estas SMasas, su papel específico no está todavía claro, siendo la N-SMasa y la A-SMasa las más estudiadas. Ambas enzimas pueden ser activadas por el receptor de 55kDa del factor de necrosis tumoral, TNF, así como por otros estímulos de estrés. La N-SMasa es activada por el receptor de TNF a través de una proteína adaptadora denominada FAN que se asocia al dominio NSD del receptor (Figura 3) (Andreu-Abadie and Levade, 2002). La proteína FAN a su vez puede asociarse con otras proteínas ensambladoras como el receptor de PKC activada RACK1, que sirve de atracción y activación de numerosas proteínas implicadas en rutas de señalización. La A-SMasa, puede ser también activada por el receptor de TNF a través de otras proteínas adaptadoras como FADD y TRADD que se unen al dominio de muerte (DED) del receptor (Figura 3) (Schwandner et al., 1998).

Figura 3. Activación de las esfingomielinasas ácida y neutra por el receptor de TNF.

Regulación del destino celular por los esfingolípidos Uno de los aspectos más interesantes de la función biológica de los esfingolípidos es su papel en la decisión del destino celular. Mientras que la ceramida activa señales de muerte, la ceramida 1-fosfato y la esfingosina 1-fosfato activan señales de supervivencia celular (Figura 4). Por lo tanto los niveles relativos de estos metabolitos son los que determinarán si la célula entra en apoptosis o si prolifera. Es por ello que las reacciones catalizadas por la ceramida quinasa y por la esfingosina quinasa son fundamentales para determinar las funciones vitales de la célula. Ambas reacciones son altamente reguladas.

Figura 4. El balance entre ceramida y sus metabolitos rigen el destino celular.

A continuación se repasarán los principales mecanismos de señalización activados por estos tres metabolitos: ceramida, ceramida 1-fosfato y esfingosina 1-fosfato.

Señalización celular activada por ceramida La ceramida actúa como segundo mensajero activando numerosas vías de transducción de señales. La ceramida se genera bien por hidrólisis de la esfinomielina o bien mediante síntesis de novo, como consecuencia de numerosos estímulos tanto apoptóticos como de estrés, incluyendo ligandos de receptores de muerte, drogas quimioterapéuticas, radiación gamma o UV, choque térmico, deprivación de factores de crecimiento, hipoxia (Levade et al., 2002) o exposición a cannabionoides (Carracedo et al, 2006).

Entre las proteínas que interaccionan con la ceramida se incluyen: proteína quinasa activada por ceramida (CAPK), proteína quinasa supresora de Ras (KSR), las fosfatasas PP2A y PP1B, PKCζ, catepsina D, cPLA2 y PKCζ (Figura 3) (Heinrich et al., 2000; Ruvolo, 2003; Huwiler et al., 2004).

Una de las primeras enzimas identificadas fue la proteína quinasa activada por ceramida, CAPK/KSR. CAPK es una ser/thr quinasa que ha sido recientemente identificada como la quinasa supresora de Ras. En algunos tipos celulares, la ceramida generada por la N-SMasa en la membrana plasmática activa directamente a KSR, que fosforila y activa la quinasa Raf-1, la cual fosforila y estimula MEK-1, la cual a su vez fosforila y activa ERK.

Figura 5. Principales proteínas activadas por ceramidas.

Se ha demostrado que la ceramida y sus análogos inducen translocación de la PKC atípica PKCζ, desde el citosol a la membrana perinuclear (Galve-Ropeh et al., 1997), y que también aumentan la fosforilación de esta quinasa tanto in vitro como in vivo. La unión de PKCζ a ceramida, produce un cambio conformacional y activación de PKCζ por fosforilación, lo cual activa otras dianas, en particular la vía de supervivencia de NF-?B (Kajita el al 2004). Además, la ceramida activa múltiples cascadas de señalización que involucran a JNK. Se ha sugerido que la ceramida puede activar

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