Regulación transcripcional de la lipogénesis
Los datos que se han ido recopilando en los últimos años indican que los efectos de diversos nutrientes y hormonas sobre la expresión de los genes lipogénicos están mediados por los SREBPs (Hua et al., 1993; Tontonoz et al., 1993; Yokoyama et al., 1993). Los SREBPs son factores de transcripción que regulan la expresión de genes relacionados con el colesterol y el metabolismo de los ácidos grasos. Pertenecen al grupo de factores de transcripción de hélice básica-bucle-hélice (bHLH)-cremallera de leucina, y pueden separarse en tres tipos: SREBP-2, SREBP-1a y SREBP-1c (también llamado ADD1). Los SREBP-1a y -1c, de los cuales el SREBP-1c se considera el más relevante desde el punto de vista fisiológico, son productos de un único gen que difieren en su primer exón. Desde su descubrimiento en 1993, el modo de acción molecular de SREBP-2 está muy bien caracterizado. Cuando los niveles de colesterol libre en la célula son altos, el SREBP-2 está presente como un gran precursor inmaduro unido al retículo endoplásmico. Cuando la concentración celular de colesterol disminuye, la molécula precursora se escinde proteolíticamente para liberar un fragmento maduro que se transloca al núcleo. En el núcleo, la SREBP-2 madura se une al denominado elemento de respuesta al esterol en la región promotora de los genes diana y, por tanto, activa su transcripción.
Los estudios realizados en ratones transgénicos que sobreexpresan la SREBP-2 en el hígado sugieren que la SREBP-2 estimula la expresión de genes implicados en el metabolismo del colesterol, como el receptor de LDL, la farnesil pirofosfato sintasa y los genes de la HMG-CoA reductasa. Curiosamente, en los ratones que sobreexpresan SREBP-1a o SREBP-1c en el hígado, se observó una dramática acumulación de triglicéridos hepáticos y niveles elevados de expresión de genes lipogénicos. Esto llevó a la conclusión de que el SREBP-1 activa los genes relacionados con la lipogénesis en el hígado (revisado en Horton y Shimomura, 1999).
Sorprendentemente, el fenotipo de los ratones nulos de SREBP-1 reveló que el SREBP-1 probablemente tiene un papel algo diferente en el tejido adiposo. En estos ratones, la masa de tejido adiposo no se vio afectada, ni tampoco la expresión en el tejido adiposo de la sintasa de ácidos grasos y la acetil-CoA carboxilasa (Shimano et al., 1997). Otras pruebas que sugieren un papel diferente de SREBP-1 en el tejido adiposo proceden de estudios con ratones transgénicos que expresan SREBP-1c bajo el control del promotor aP2 (para la sobreexpresión específica del tejido adiposo). En el tejido adiposo blanco de estos ratones, la expresión de los genes implicados en el metabolismo del colesterol era notablemente elevada, mientras que la expresión de los genes implicados en la síntesis de ácidos grasos y triglicéridos permanecía inalterada (Shimomura et al., 1998). Una observación aún más sorprendente y contraintuitiva en estos ratones fue que su masa de tejido adiposo se redujo a menos de la mitad de la de los ratones de tipo salvaje. La explicación de la disminución de la masa adiposa sigue siendo esquiva, pero podría estar relacionada con la disminución de la expresión de los factores de transcripción adipogénicos receptor activado por el proliferador de peroxisomas γ (PPARγ) y la proteína de unión al potenciador CCAAT (C/EBPα). En general, estos datos sugieren que las funciones de SREBP-1 en el hígado y en el tejido adiposo pueden ser diferentes.
Cada vez es más evidente que la inducción de la expresión de genes lipogénicos en el hígado por la insulina y la glucosa está mediada por SREBP-1. De hecho, los ratones nulos de SREBP-1 muestran un deterioro en la regulación de la expresión de genes lipogénicos en un protocolo de ayuno/realimentación (Shimano et al., 1999). La insulina y la glucosa afectan a la actividad transcripcional de SREBP-1 a través de varios mecanismos. En primer lugar, se ha demostrado que la insulina estimula la expresión del ARNm del SREBP-1 en los adipocitos (Kim et al., 1998) y en los hepatocitos (Foretz et al., 1999b), un efecto que probablemente esté mediado por la vía de la fosfatidilinositol 3-cinasa (Azzout-Marniche et al., 2000). Además, la insulina probablemente aumenta la activación transcripcional de SREBP-1, independientemente de los cambios en sus niveles de ARNm, a través de la fosforilación dependiente de la MAP-cinasa (Roth et al., 2000). Al igual que la insulina, la glucosa estimula la actividad promotora y la expresión del ARNm de SREBP-1 (Hasty et al., 2000). El aumento relativo de la forma nuclear de SREBP-1 tras la realimentación con carbohidratos (Horton et al., 1998) sugiere que la insulina y la glucosa también pueden estimular la transcripción génica dependiente de SREBP-1 mediante la activación de la escisión proteolítica de SREBP-1 unido a la membrana. Sin embargo, no se ha podido demostrar un efecto directo de la insulina o la glucosa sobre la escisión proteolítica del precursor de SREBP-1 (Azzout-Marniche et al., 2000; Hasty et al., 2000).
Los ácidos grasos poliinsaturados también regulan la expresión de los genes lipogénicos. Sin embargo, a diferencia de la glucosa y la insulina, regulan a la baja la expresión de los genes. Este efecto se consigue mediante la inhibición de la expresión del ARNm de SREBP-1 (Kim et al., 1999; Mater et al., 1999; Xu et al., 1999; Yahagi et al., 1999), así como mediante la inhibición del procesamiento proteolítico del precursor de SREBP-1 (Thewke et al., 1998).
SREBP-1 desempeña claramente un papel fundamental en la mediación de los efectos de la insulina sobre la expresión génica, pero probablemente no es el único factor de transcripción implicado. Los estudios in vitro han establecido claramente la importancia de los factores estimuladores previos (USF) en la regulación del promotor de la sintasa de ácidos grasos por la insulina. Los USFs son factores de transcripción bHLH-leucina zipper ubicuos que son capaces de interactuar como homo- y/o heterodímeros con cajas E de la secuencia CANNTG (Wang y Sul, 1997). Dicha caja E está presente en el promotor de la sintasa de ácidos grasos. Las mutaciones que debilitan la unión de USF1 y USF2 a esta caja E suprimen la activación dependiente de la insulina del promotor de la sintasa de ácidos grasos. Estudios recientes con ratones que carecen de USF1 y/o USF2 han proporcionado pruebas muy convincentes de que USF1 y USF2 están implicados en la mediación del efecto estimulante de la insulina/glucosa sobre la expresión de la sintasa de ácidos grasos (Casado et al., 1999). Los efectos de los USF y del SREBP-1 parecen ser aditivos e independientes (Latasa et al., 2000). Por último, la glucosa puede regular la expresión de los genes lipogénicos a través de un factor de transcripción de respuesta a los carbohidratos (ChoRF), que aún no ha sido clonado. Se han identificado elementos de respuesta específicos que se unen a este factor de transcripción en el promotor de genes diana, como la piruvato quinasa (Koo y Towle, 2000).
Un importante factor de transcripción en el tejido adiposo es el receptor hormonal nuclear PPARγ. A pesar de su nombre, esta proteína no es activada por los proliferadores de peroxisomas, sino por los ácidos grasos y sus derivados eicosanoides, así como por fármacos de la clase de las tiazolidinedionas (Kersten et al., 2000a). PPARγ forma parte del programa de diferenciación de los adipocitos, induciendo la diferenciación de los preadipocitos en células grasas maduras. Hasta la fecha, sólo se conoce un número limitado de genes regulados por PPARγ en el tejido adiposo. Éstos codifican la proteína de unión a ácidos grasos de los adipocitos, la lipoproteína lipasa, la proteína de transporte de ácidos grasos (FATP), la acil-CoA sintetasa, la fosfo-enol piruvato carboxiquinasa y el factor adiposo inducido por el ayuno FIAF/PPARγ relacionado con la angiopoyetina PGAR (Kersten et al., 2000b; Yoon et al., 2000). Basándose en las identidades de estos genes, junto con la observación de que la expresión de PPARγ es estimulada por la insulina (Vidal-Puig et al., 1997) y por SREBP-1 (Fajas et al., 1999), cabría esperar que PPARγ tuviera no sólo un efecto adipogénico, sino también un efecto lipogénico. Esto se ve respaldado por los datos clínicos, que muestran que los pacientes que toman activadores sintéticos de PPARγ suelen ganar peso (Fuchtenbusch, 2000). Además, los ratones mutantes PPARγ heterocigotos presentan menores reservas de grasa con una dieta rica en grasas (Kubota et al., 1999; Miles et al., 2000). Los modelos de knock-out de PPARγ inducibles y específicos para cada tejido deberían ser muy informativos para conocer mejor la función de PPARγ en las células grasas maduras. Con respecto al hígado, aunque normalmente PPARγ sólo se expresa mínimamente en los hepatocitos, la acumulación de triglicéridos en el hígado se asocia con un aumento drástico de la expresión de PPARγ, lo que sugiere que PPARγ puede desempeñar un papel en la estimulación de la lipogénesis (Chao et al., 2000).
En conclusión, los últimos años han aportado un diluvio de nuevos datos sobre los mecanismos de regulación de la lipogénesis por parte de nutrientes y hormonas. Ahora está claro que el SREBP-1, y en menor medida el USF1 y el USF2, desempeñan un papel fundamental en la mediación de los efectos de los nutrientes y las hormonas sobre la expresión génica lipogénica en el hígado. En el tejido adiposo, otro factor de transcripción, PPARγ, es fundamental para la regulación tanto de la adipogénesis como de la lipogénesis. El papel que desempeña el SREBP-1 en el tejido adiposo aún no está claramente definido. Sin embargo, en general, SREBP-1 y PPARγ se han convertido en objetivos atractivos para las intervenciones farmacéuticas de trastornos como la hipertrigliceridemia y la obesidad.