La genética molecular y la genómica funcional.

II.ARGUMENTACIÓN:

Es un hecho reconocido el papel que juega la nutrición en la serie de eventos moleculares que conducen a la vejez y también que la restricción calórica de la dieta aumenta la expectativa de vida, retrasa el declinar de la función inmune y reduce la incidencia del cáncer y la mortalidad en diferentes especies animales. Sin embargo, se conoce poco aún sobre los mecanismos celulares y moleculares que producen estos efectos positivos.Según Williams, hace responsables a las ROS, al estrés oxidativo y a la modificación oxidativa de las macromoléculas, del declinar de las funciones fisiológicas en la senectud.

Los efectos del envejecimiento sobre los genes, dado el papel fundamental del genoma nuclear (ADN), es lógico suponer que las alteraciones que ocurren en las células que envejecen podrían derivar de una inestabilidad de la información molecular que reside en dicho genoma. Considerando que el envejecimiento de un organismo era un proceso genéticamente programado como continuación activa del desarrollo, de manera que una vez que un individuo alcanzaba la madurez, los genes del envejecimiento comenzaban a expresarse y a dirigir el progreso hacia la muerte.6

Una de las teorías que apoyan esta postura es La Teoría de Acortamiento de los telómeros sostiene que los telómeros preservan la información de nuestro genoma, y que una pequeña parte de ADN telomérico se pierde con cada división celular, cuando la longitud del telómero alcanza un límite crítico, la célula se somete a la senescencia y / o apoptosis. De acuerdo con Harley, envejecimiento celular programado por la activación de un cierto número de genes es inducida por las sucesivas divisiones celulares. Estos genes podrían codificar unas proteínas que inhiban la entrada en la fase S del ciclo celular.7

Estudios realizados por Toussaint O. se ha observado que los fibroblastos envejecientes expresan preferencialmente algunas proteínas como fibronectina o estatina . Mientras que la fibronectina no parece estar implicada en la disminución de la capacidad proliferativa, sí parece estarlo la estatina. En fibroblastos de pacientes con el síndrome de Werner también se ha identificado la sobreexpresión de distintas proteínas que podrían estar asociadas a la disminución de proliferación, como una proteína ligadora del IGF(factor de crecimiento similar a insulina) y una inhibidora de la activación del plasminógeno(PAI) mecanismos que regularían la expresión de los gerontogenes.8

Investigaciones realizadas por Maynard señala que en una célula envejecida existe una alteración en la expresión de genes de ciertas moléculas, lo que conlleva a un incremento en la secreción de aproximadamente 40-80 factores involucrados en diferentes vías de señalización intracelular. La expresión de muchos componentes de las interleucinas depende de los factores de transcripción NF-κB ( Factor de Transcripción NuclearK-β) y C/EBPβ (CCAAT-enhancer-binding proteins) los cuales incrementan su actividad en la senescencia. Se ha reportado que los ratones mutantes que carecen de C/EBPβ disminuyen la expresión de IL-6 e IL-8, y prolongan su tiempo de vida.9

La mayoría de las células senescentes presentan notables cambios en la expresión génica, especialmente en los genes asociados a la activación e inhibición del ciclo celular p16INK4a y p21CIP1 dos inhibidores del ciclo (Cyclin-dependent kinase inhibitor CKIs) tienen una expresión aumentada en senescencia. Estos CKIs forman parte de las vías de señalización gobernadas por los supresores tumorales p53 y pR(protetína del retinoblastoma). Ambas vías de señalización pueden establecer y mantener el arresto del ciclo en senescencia. Por otro lado las células senescentes reprimen genes que codifican para proteínas que estimulan o facilitan la progresión del ciclo celular, entre ellas, c-fos, ciclina A y ciclina E.10

Según Massoro E. señala que la modificación de la expresión de genes que controlan los mecanismos de proliferación  desplacen el equilibrio  proliferación-muerte celular a favor de la apoptosis .La proteína producida por el gen p53 es un factor de transcripción para el gen  WAF-1 cuyo producto, la proteína Cip-1 es un potente inhibidor de la kinasas de las que depende la fase G-1 del ciclo celular. El gen WAF-1 se sobrexpresa en los fibroblastos senescentes o envejecidos que han perdido su capacidad proliferativa y en las células privadas de factores de crecimiento, es decir la hiperexpresión del gen WAF-1  podría representar un elemento esencial en la delección celular y en las alteraciones de la homeostasia proliferativa durante el envejecimiento .10

Diversos grupos de investigadores han encontrado una familia de genes implicados en la capacidad de la célula para superar situaciones adversas (elevada temperatura, falta de alimento, etc.), que mantienen las defensas y actividades reparadoras naturales a lo largo de toda la vida. Si se logra que el funcionamiento del organismo esté en buenas condiciones, estos genes proporcionarán oportunidades para superar el estrés, mantener la salud y conseguir la longevidad. En contraposición a los genes de envejecimiento, antes aludidos, éstos se denominan genes de longevidad.

Gracias a los estudios realizados en sistemas sencillos como la levadura Saccharomyces cerevisiae , el nematodo C. elegans y la mosca de la fruta Drosophila. En todas estas especies se han seleccionado individuos mutantes que tienen duplicada e incluso triplicada su esperanza de vida. Dentro de este grupo de mutantes longevos se han identificado mutaciones en los genes clk-1, clk-2, clk-3 y gro-1, todos ellos implicados en mecanismos de regulación de la actividad metabólica. Así, el gen clk-1 codifica la proteína mitocondrial Clk, requerida para la síntesis del coenzima Q (ubiquinona) de la cadena respiratoria; su sobreexpresión eleva el nivel de fosforilación oxidativa y reduce la esperanza de vida. Por otra parte, existen otra serie de mutantes como lag 1 y ras en levaduras, y daf-2, age-1,akt-1, akt-2, daf-16 y daf-18 en nematodos, que resisten más eficazmente los daños producidos por el estrés oxidativo; los correspondientes genes mutados codifican proteínas implicadas en cascadas de señalización intracelular, que influyen sobre la expresión y nivel de actividad de determinadas enzimas antioxi-dantes como la superóxido dismutasa (SOD), la catalasa (CAT)o la glutatión peroxidasa (GSP).11

Friedman y Johnson reportaron la primera mutación en el gen age-1 que codifica para la fosfoinosítido 3 (IP3) cinasa de C. elegans, responsable de incrementar hasta 60% su longevidad. A esto procedió el descubrimiento de daf-2, un gen que codifica para la única proteína homóloga al receptor de tipo insulina de mamíferos presente en éste nemátodo y en el que una mutación duplicó su esperanza de vida. 11

Actualmente el gen afectado en uno de esos mutante, es el gen age-1, observando que se trata de la subunidad reguladora de la fosofoinositol 3-quinasa, una enzima clave en la señalización de la ruta de la insulina/IGF. Este gen junto con los genes identificados por otros grupos en esta ruta indican que existe una regulación de la longevidad a nivel hormonal. Distintos mutantes en la ruta de la insulina/IGF en Drosophila o ratón también producen un incremento de longevidad, indicando que esta ruta está conservada en la evolución.11

Entonces, la reducción en el señalamiento por insulina/IGF aumenta la longevidad.Además de su impacto en IGF-I junto con la GH influye en el metabolismo somático al inducir la lipólisis del adipocito. En los roedores como en los humanos, los niveles de GH e IGF-I se reducen con la edad. La suplementación por corto tiempo de GH en adultos restaura, algunos aspectos de composición del cuerpo y cognición. Por lo que, la retirada de GH e IGF-I se sugiere es la causa de la senescencia más que una condición que retarda el envejecimiento.12

McCay C. señala que las enfermedades humanas que resultan en la sobreproducción o reducción de GH e IGF-I en plasma, o una de las dos, puede ser informativa para desarrollar terapias que previenen enfermedades relacionadas con la edad. Años atrás era difícil aumentar la longevidad sin tener efectos secundarios, de hecho, la deficiencia en humanos de GH lleva a la reducción de la esperanza de vida y se asocia con un aumento en la masa de grasa, reducción en la masa de hueso y músculo, problemas del comportamiento, prevalencia incrementada de hipertensión, resistencia a la insulina y arteroesclerosis prematura. 12

La evolución ha favorecido un sistema universal regulador que coordina la respuesta al medio ambiente. La identificación de genes que dirigen los mecanismos implicados en las defensas naturales de respuesta al medio adverso y controlan la longevidad. Sinclair y Guarente  han estudiado un gen denominado Sir2, cuyas variantes se encuentran en diversos organismos, desde la levadura hasta los humanos, y han observado que copias extra de este gen elevan la longevidad en seres vivos tan diversos como la levadura S. cerevisiae, el nematodo C. elegans, la mosca Drosophila y ratones.

En el año 2000, Leonard Guarante descubrió que la dieta baja en calorías producía la activación de la transcripción de un gen denominado Sir2, con capacidad para retrasar el envejecimiento. Este gen, que codifica la proteína SIR2, denominada sirtuina, se encontraba en mayor concentración en la mosca Drosophila cuando ésta se sometía a un menor aporte calórico en su dieta, demostrándose con esto que la proteína SIR2 desempeñaba un papel central en el ciclo metabólico celular.

Blander G. afirma que las Sirtuinas son  enzimas que cumplen funciones como el silenciamiento génico y regulación metabólica, las cuales son claves en la promoción de la salud y longevidad de muchos organismos. Las sirtuinas catalizan la desacetilación de proteínas acetiladas en residuosde lisina utilizando como segundo sustrato al NAD (Dinucleótido de Nicotinamida y Adenina), dando como productos a proteínas desacetiladas. En mamíferos se expresan siete isotipos de sirtuinas (SIRT1-SIRT7) con diferentes localizaciones a nivel celular y distintos sutratos proteicos.14

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