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Activación del Sistema Ac Plasminógeno-Plasmina y el PapelHumanas de PAI-1 en Patologías Manuel Nolasco, Mauricio Salcedo y Guelaguetza Vázquez-Ortiz Laboratorio de Oncología Genómica, Unidad de Investigación Médica en Enfermedades Oncológicas, UMAE Hospital de Oncología, CMN Siglo XXI-IMSS, México.
Abstract• Cells’ interaction with their environment is essential for the integrity and proper function of tissues, this is mainly due to the fact that tissues are not only composed by cells but also by a complex net of proteins called extracellular matrix (ECM). ECM is a dynamic structure, which is in constant remodeling (degradation and synthesis of components). This remodeling depends on several mechanisms, such as the activation of the plasminogen/plasmine system that participates in the degradation of some ECM components like fibrin and collagen. An important component of this system is PAI-1 protein, which regulates this system suppressing plasmine and by this, the ECM degradation is avoided. The alteration of this system is associated with several pathogenic processes like fibrosis, thrombosis and atherosclerosis, among others. Besides this, PAI-1 and uPA proteins participate in some cancer development. PAI-1 acts in several ways; it can inhibit ECM degradation, and also acts in other processes like angiogenesis and cell migration. In this pathologies, manuscript, the we review participation of PAI-1 in different aspectsthe that allows this protein to participate in such processes, and also the way by which PAI-1 interacts with specific signaling pathways like MAPK, FAK, JAK-STA J AK-STAT, T, among others. Key words: PAI-1, Extracellular Matrix, Cancer
Correspondencia a: Dra. Guelaguetza Vázquez Ortiz Laboratorio de Oncología Genómica Unidad de Investigación Médica en Enfermedades Oncológicas UMAE Hospital de Oncología Centro Médico Nacional Siglo XXI-IMSS Av Av. . Cuauhtémoc 330. Col Doctores. Doctores. México D. F. C. P.330. 06720 Tel. 56276900 Ext: 22708 e-Mail: gvaz
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Resumen• AS INTERACCIONES DE LAS CÉLULAS CÉLULAS con su entorno son fundamentales para el buen funcionamiento e integridad de los tejidos, ya que éstos no solo están conformados por células sino que además contienen una red de componentes proteicos denominada matriz extracelular (MEC). La MEC es una estructura dinámica que está en constante remodelación (síntesis de nuevos componentes y degradación). Esta remodelación depende de varios mecanismos, como el sistema de activación plasminógeno/plasmina, el cual participa en la degradación de algunos componentes de la MEC, como la fibrina y algunas colágenas. Un componente importante de este sistema es la proteína PAI-1, encargada de regular dicho sistema, inhibiendo a la plasmina y, consecuentemente, evitando la degradación de la MEC. Algunas alteraciones en la regulación de este sistema se asocian a diversos procesos patológicos como fibrosis, trombosis y aterosclerosis, entre otras. Además, se ha encontrado que proteínas como PAI-1 y uPA uPA par participan ticipan en diferentes tipos de cáncer cáncer.. PAI-1 es una proteína muy versátil, ya que además de inhibir la degradación de la MEC, interviene en otros procesos como angiogénesis y migración celular celular.. Aquí se revisan las implicaciones de PAI-1 en diferentes pa tologías, así como los aspectos que influyen para que esta proteína participe en ellos; así mismo se revisa la manera en que PAI-1 interactúa con varias vías de señalización como las MAPK, FAK, JAK-STAT, entre otras, y sus posibles repercusiones.
L
Clave: e: Palabras Clav
PAI-1, Matriz Extracelular, Cáncer.
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Introducción• Las interacciones entre las células son parte fundamental de las entidades multicelulares, esto, con el fin de mantener el equilibrio y el buen funcionamiento del organismo. Estas interacciones implican a una gran cantidad de moléculas que tienen diferentes funciones de acuerdo al tipo de tejido que conforman y a su ubicación dentro de la célula. Un tejido está conformado principalmente por células pero también por la matriz extracelular (MEC) que sirve de soporte para las células y además le da la conformación al tejido. La MEC está constituida por una gran variedad de moléculas como son: a) las colágenas, que son proteínas fibrilares, b) los proteoglicanos, que son macromoléculas con un componente proteico y que además están unidas a disacáridos sulfatados, c) las proteínas elásticas, como la elastina que proporciona proporciona cierta elasticidad y flexibilidad a la MEC, y por último d) las estructuras glicoproteicas, como son la fibronectina y laminina entre otras. Todos los componentes anteriores pueden unirse entre si para formar una red que le da conformación a la MEC. (1)También existen otras moléculas que pueden pasar a través través de la MEC, MEC, sin embargo, éstas no se consideran parte de la misma; por ejemplo: algunos factores de crecimiento o proteínas encargadas de remodelación (las cuales se mencionarán más adelante). En este escrito se describirán algunos de los mecanismos para la regulación de la remodelación de la matriz extracelular poniendo un énfasis especial en el sistema de activación activación plaminógeno/plasmina, así como también en su mecanismo de regulación, en el cual participa el inhibidor del activador del plasminógeno (PAI-1). La proteína PAI-1 es importante ya que inhibe la degradación degradación de la MEC mediada por plasmina, además de estar involucrada involucrada en un gran número de patologías como son diabetes tipo 2, trombo-embolia, hiperinsulinemia, hipertensión, hipertriglicerinemia, obesidad, fibrosis epitelial y cáncer.(2-7)
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Matriz Extracelular e Interacción con Células• La MEC es un complejo insoluble de proteínas y carbohidratos producidos por todas las células de los metazoarios, en donde a su vez las células se encuentran cuentra n embebidas sirviéndoles de sostén y dándole conformación al tejido. Las proteínas más importantes que la componen, incluyen a las colágenas, las fibras elásticas, y algunas proteínas de adhesión como son: la fibronectina y la laminina entre otras. Mientras que los carbohidratos presentes incluyen a los proteoglicanos y los glucosaminglicanos. glucosaminglicanos. Las células pueden responder a su entorno mediante la interacción de sus componentes con lo que se encuentra a su alrededor. alrededor. La célula contiene receptores membranales para componentes extracelulares, de tal manera que, dependiendo del tipo de tejido, la MEC se formará de diferentes componentes y proporciones de los mismos. Por ejemplo, la MEC de un tejido de cartílago contiene mayoritariamente fibras elásticas como elastina, mientras que la MEC de membranas básales contiene principalmente colágena del tipo IV. En el Cuadro 1 se 1 se muestran algunos de los componentes generales representativos representativos de la MEC. Los componentes de la MEC que son fibras de colágena y elásticas, fibronectina, vitronectina entre otros, pueden interaccionar entre si, proporcionando características físicas al tejido y la manera en la que estos influyen al interaccionar con la célula.(1-8) Por ejemplo, las fibras de colágena tienen una función estructural en la MEC y en el ser humano existen 13 13 tipos diferentes. Las fibras elásticas están conformadas principalmente por: a) elastina (pre(pre-
Cuadro 1• Componentes de la matriz extracelular y su localización Proteínas Colágena tipo Fibras Elásticas Fibronectina Laminina
I II IV
Distribución Principal Piel, Hueso, Tendones, Córnea Notocorda Embrionaria Membranas Basales Ligamentos Elásticos, Pulmón, Piel Sangre (Dímero Soluble) Membranas Básales
Activación del Sistema Sistema Plasminógeno-Plasmina Plasminógeno-Plasmina
senta una may m ayor or proporción), b) proteínas microfibrilares, c) lisil oxidasa oxidasa y d) proteoglicanos.
Existen enzimas que se encargan de la remodelación de la MEC, como son: la familia de las matriz metaloproteasas (MMP) y las serina proteasas tisulares. (10) Una serina proteasa que forma parte del sistema de activación plasminógeno/ plasmina es la plasmina, esta proteína además es una enzima proteolítica que actúa sobre varios componentes de la matriz extracelular como son: la fibrina, la colágena tipo IV y V, fibronectina, laminina y proteoglicanos.(11-15) Además la plasmina media indirectamente la degradación de la MEC por la activación activación de ciertas MMPs, entre ellas MMP-3, MMP-9, MMP-12 y MMP-13 (Figura 1), 1), (16) que degradan colágenas tipo III y IV, pro-colágena tipo I, fibronectina, proteoglicanos y laminina entre otros. (17)
La fibronectina, que contribuye en adhesión y migración celular, tiene algunos dominios de unión a diferentes tipos de colágenas como la tipo I; además de interaccionar con receptores celulares de membrana permitiendo que el dinamismo entre la MEC y las mismas células se vuelva aún más complejo.
Remodelación de la Matriz Extracelular • La MEC es una estructura dinámica lo cual implica un constante recambio de las proteínas y elementos que la conforman. Durante Durante los procesos de diferenciación en el desarrollo embrionario o en procesos de migración celular, la remodelación se da de acuerdo a los requerimientos celulares. En tejidos adultos adultos dicha remodelación ocurre en la neovascularización neovascularización así como en los cambios que sufren las glándulas mamarias y el tejido uterino durante el ciclo menstrual.(9) Factores de Crecimiento Activados MMPs
La remodelación de la MEC afecta directamente a la célula modificando su metabolismo, expresión génica e incluso su morfología. Esto es debido a que las proteínas que la conforman pueden estar en contacto directo con la superficie celular (membrana celular) misma que contiene recep-
α-2-AP
Fibronectina
Plasminogeno
Sitio de la Unión a Integrinas
Factores de Crecimiento Latentes
Sitio de la Unión a Colágena
PAI1
Plasmina Pro-MMPs
ECM
Pro-uPA
uPA uPA
uPAR
uPAR
Sitio de la Unión a Fibrina
α5 β1
JAK GRB2
Talina FAK SRC
Paxilina Vinculina SHC
Actina
RAS
STAT MAPK
STAT AP1
PI3K
AKT
Sobrevivencia
Transcripción
Figura 1• Fibrinólisis mediada por plasmina e interacción con uPA, uPAR, Fibrinólisis uPAR, integrinas, integrinas, vías de señalización y MEC. Tomado Tomado y modificado de Nature Reviews Cancer Vol. 3, 2003. Este esquema muestra el sistema de activación de la plasmina mediado por uPA. Así mismo, se muestra la forma en que la interacción de uPA con uPAR modifica las vías de señalización JAK JA K-ST STA AT y MA MAPK PK me medi diaadas po porr la lass in inte tegr grin inas as ( α5β1). El complejo uPA-uPAR-integrinas interactúa con elementos del citoesqueleto como actina y proteínas de la MEC, que están participando en las uniones celulares con la MEC.
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deriva de otra proteína denominada plasminógeno que de forma natural está en el plasma sanguíneo.
tores “específicos” para estas proteínas. ActivanActivando o desactivando vías de señalización que consecuentemente activan o desactivan factores de trascripción, cambiando la expresión.
El plasminógeno es activado por los PAs (activadores del plasminógeno), entre ellos la serina proteasa uPA (activador del plasminógeno tipo urocinasa) y tPA (activador del plasminógeno tipo tisular), los cuales efectúan una proteólisis parcial de la proteína para convertirla convertirla en plasmina activa.(19) La degradación de fibrina durante los procesos procesos de de remoción remoción de coágulos sanguíneos es llevada a cabo principalmente por tPA, mientras que uPA degrada la MEC en tejidos sólidos.(6) sólido s.(6) (19) (19) Por lo tanto, la activación del plasminógeno se lleva a cabo bajo dos esquemas, uno en donde principalmente actúa tPA y en el 2). otro uPA uPA (ver Figuras 1 y 2).
Sistema de Activación Plasminógeno/plasmina • La fibrinólisis o degradación de las fibras, es la lisis o remodelación de los componentes de la MEC que se genera mediante una cascada de eventos proteolíticos. Debido a que el sistema plasminógeno/plasmina participa en la degradación de la MEC tanto en tejidos “sólidos” como en el sistema sanguíneo, puede decirse que este sistema participa en la fibrinólisis. Este sistema también interviene en algunos otros procesos biológicos como la regeneración tisular, menstruación e implantación embrionaria así como en la invasión tumoral.(18)
De manera natural, tPA tPA en el plasma sanguíneo tiene una actividad enzimática débil, pero esta actividad aumenta cuando existe la presencia de fibrina, es decir de un coágulo.(20) Esta actividad aumenta porque tPA tiene un domino de unión especifico a fibrina (uPA no lo tiene), el cual se puede unir a residuos de lisina de la región carboxilo terminal, haciendo que la concentración de tPA aumente en el sitio donde se encuentra el coágulo. También, el plasminógeno tiene afinidad por la fibrina, y entonces la presencia de ambas proteínas hace que la
Activación d Activación de e la Plasmina a Partir Partir d del el Plasminóge Plasminógeno no para la Remoción de Coágulos Sanguíneos• Al existir lesiones en el endotelio del sistema vascular se activa el sistema de coagulación, el coágulo formado principalmente por fibrina debe ser posteriormente degradado por la plasmina. La plasmina a) Fibrinólisis Plasminógeno
Plasmina
A-2-AP Producto de Degradación
tPA tPA tPA tPA Agregación de Plaquetas
Trombo
b) Cascada de Coagulación Pro-Trombina FX
Factor Tisular FVIIa
Fxa / FVa
Fibrina
Trombina
Fibrinógeno
Figura 2•
Proceso de fibrinólisis mediado por plasmina y cascada de coagulación. En el panel a) podemos observar el esquema de la activación del plasminógeno y degradación degradación del trombo mediado por la plasmina, pl asmina, este sistema está regulado por PAI-1, α -2-AP y TAFI. TAFI. En En donde, donde, PAI-1 PAI-1 evita evita la generac generación ión de de plasmina plasmina mediant mediantee la inhibic inhibición ión de de tPA, α -2-AP y se unen unen a la plasmina plasmina y evita evita que ésta ésta degr degrade ade la fibrina. fibrina. En el panel b) se muest muestra ra la la activaci activación ón de la cascada de coagulación que favorece favorece a la formación del coágulo de fibrina y a la agregación plaquetaria. plaquetaria.
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Activación del Sistema Sistema Plasminógeno-Plasmina Plasminógeno-Plasmina
concentración de plasmina aumente en el sitio y se facilite la remoción del coágulo.(21) coágulo.(21)
Activación d Activación de e la Plasmina a Partir Partir d del el Plasminóge Plasminógeno no para la Degradación de la MEC en Tejido Sólido• En el segundo esquema, el plasminógeno se encuentra en la MEC de los tejidos “sólidos” y el activador es uPA. Este activador es inicialmente sintetizado como una proteína de una sola cadena (scuPA o pro-uPA) que presenta una actividad enzimática baja, scuPA forma un complejo con el receptor del activador del plasminógeno tipo urocinasa uPAR que es un receptor transmembranal, al cual se le denomina scuPA-uPAR. Una vez que este complejo es formado algunas proteínas como plasmina, calicreina, tripsina, factor de coagulación XIIa y catepsina digieren parcialmente parcialmente al complejo convirtiendo a scuPA scuPA en una proteína de dos cadenas polipeptídicas. Incrementándose así, la actividad proteolítica o enzimática del complejo y a esta nueva conformación se le denomina complejo uPA-uPAR (Figura (Figura 1).(22) 1).(22) El complejo uPA-uPAR permite que el plasminógeno sea convertido a plasmina por uPA y que la plasmina a su vez degrade componentes de la MEC como las fibras de colágena y algunos inhibidores de las metaloproteasas (TIMPs).(23) (TIMPs).(23) Hasta este punto los dos tipos de activadores activadores del plasminógeno plasmi nógeno tPA tPA y uPA uPA realizan una u na función muy m uy similar en diferentes tipos de tejido, sin embargo, estructuralmente estructur almente presentan algunos dominios diferentes que les confieren una funcionalidad distinta. La proteína uPA tiene tres dominios: a) el dominio N-terminal que se denomina dominio de factor de crecimiento (GFD) y que además es el interactúa con uPAR uPAR (24;25), (24;25), b) el dominio domini o proteolítico (C-terminal) y c) el dominio Kringle, del cual aún no se conoce claramente su función. Por otro lado, tPA cuenta con dominios similares y algunos adicionales, uno de los cuales le permite interaccionar con fibrina.(21)
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La degradación de la MEC mediada por plasmina tiene dos puntos de control, uno es la inactivación de plasmina mediante la unión de las proteínas α-2-AP (α-2- antiplasmina) o TAIF (inhibidor de la fibrinólisis activado por trombina) que bloquean la actividad proteolítica de esta proteína. proteína. El otro punto de control son los inhibidores: PAIPAI1, PAI-2 y PAI-3 (Inhibidor del activador del plasminógeno 1, 2 y 3 respectivamente) respectivamente) y la proteasa nexina.(26) En particular se ha descrito que PAI-1 mantiene la homeostasis, regulación de la fibrinólisis, angiogénesis y metástasis. (27, 28)
Vías de Señalizaci Señalización ón Med Mediadas iadas por la IInteracción nteracción UPA-UPAR en Tejidos Sólidos• La formación del complejo uPA-uPAR activa a algunas vías de señalización intracelulares intracelulares involucradas en la regulación de la migración y proliferación celular como: JAK-STAT y MAPK.(29-31) Estas señales contribuyen de manera natural a la regulación de varias funciones fisiológicas como: angiogénesis, implantación embrionaria, reacción inflamatoria y cicatrización cutánea.(29) cutánea.(29) La vía de señalización JAK-STAT se activa por la unión del receptor a scuPA o pro-uPA independientemente de la activación del complejo uPA-uPAR (Figura (Figura 2). 2). JAK1 cinasa se asocia con uPAR llevando a la fosforilación y dimerización del factor de transcripción STAT, lo que activa diferentes rutas de señalización. Otra forma en que las vías de señalización son activadas es mediante la interacción de uPAR con algunas integrinas principalmente αVβ3, αVβ5, α3β1 y α5β1 que son receptores de vitronectina y fibronectina respectivamente y que están involucrados en migración celular, remodelación tisular, crecimiento celular y tumorigénesis.(32) tumorigénesis.(32) También el complejo uPA-uPAR interacciona con la vía de señalización de FAK (focal adhesion kinase) que participa en la organización del citoesqueleto, esta interacción es mediada por inte-
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grinas (33-36). Además de que la interacción de uPAR con integrinas permite que se provoquen cambios en la organización del citoesqueleto, ya que las integrinas interactúan con componentes del mismo, como la actina, talina, vinculina entre otras. Además de que estas integrinas interactúan con componentes de la MEC. El complejo uPA-uPAR está implicado en la alteración de diferentes vías de señalización, las cuales, pueden llevarnos al cambio de la expresión génica y en el caso concreto de la interacción con algunas integrinas como la α5β1 y αVβ3. Esta interacción además altera a la MEC ya que cuando el complejo uPA-uPAR interacciona con los receptores α Vβ3 y α5β1 se afecta la unión de la célula a la vitronectina y fibronectina respectivamente, causando un cambio en la arquitectura del tejido.
Inhibición de UPA por PAI-1• PAI-1 juega un papel muy importante en varias funciones celulares como angiogénesis, homeostasis e invasión de células tumorales. Esta proteína es el Inhibidor I nhibidor del Activador del plasminógeno Tipo 1 y es el principal inhibidor de uPA y tPA. La interacción inte racción PAI-1-uP PAI-1-uPA A provoca provoca la inhibición inhibi ción de la actividad de proteasa de uPA, uPA, por lo tanto no transforma el plasminógeno en plasmina y se inhibe la fibrinólisis o la degradación de MEC. El hecho de que PAI-1 se una a uPA para formar un complejo com plejo uPAR-uP uPAR-uPA-P A-PAI-1 AI-1 influye i nfluye en la l a alteración de las vías de señalización en la cuales está implicado uPAR (PAI-1 también inhibe a uPA en estado libre). Al formarse este complejo, se internaliza en la célula por la proteína relacionada con el receptor de lipoproteínas de baja densidad LRP, PAI-1, entonces, induce el decremento en la superficie celular de uPAR y por lo tanto interrumpe las vías de señalización así como la organización del citoesqueleto y MEC que son mediadas mediad as por uPAR.(36-3 uPAR.(36-39) 9) PAI-1 puede inhibir las uniones célula-célula mediada por uPAR uPAR y vitronectina, mediante la unión
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de vitronectina-PAI-1 vitronectina-PAI-1 evitando la unión de vitronectina-integrina. La vitronectina también interactúa con el complejo uPA-uPAR para formar un nuevo complejo denominado uPA-uPAR-vitronectina de tal manera que PAI-1 PAI-1 puede evitar la formación de este complejo uniéndose tanto a vitronectina (vitronectina-PAI-1) como a uPA (uPAR-uPA-PAI-1) y por lo tanto se interrumpe la activación de las vías de señalización MAPK y FAK que están mediadas por uPAR-vitronectina uPAR-vitronectina e integrinas. Así mismo, se pueden perder contactos focales entre la célula y la MEC mediadas por las integrinas y en donde también interviene tanto vitronectina como fibronectina, lo cual permite inferir la importancia de PAI-1 las vías de señalización y las interacciones de la célula con la MEC. (40-43) Como ya se mencionó anteriormente, el comple jo uPA-uP uPA-uPAR AR interactúa interactúa con varias varias integrinas entre las cuales están α3β1, α5β1 que son receptores de fibronectina. Czekay y colaboradores mencionan que PAI-1 disocia a las células de la MEC mediante la inactivación de integrinas y la unión de PAI-1 con uPA y no con la interacción PAI-1-vitronectina. También observaron que la presencia de uPA y PAI-1 induce la disociación entre la células y los componentes de la MEC.(44)
Características de PAI-1• PAI-1 es una glicoproteína de 50 kDa que está conformada por 359 aminoácidos, pertenece a la superfamilia de las serpinas (inhibidoras de serina protesas) que la conforman conforman aproximadaaproximadamente 40 miembros cuyas funciones principales son de inhibición.(45) El gen que codifica a esta proteína se denomina serpine1 y se localiza en el brazo largo del cromosoma 7 (7q21.3-q22). Este gen está constituido por 15 exones y puede presentar cinco isoformas (www.genecards.org). (www.genecards.org). PAI-1 presenta tres conformaciones diferentes, las cuales además son ínterconvertibles entre sí: a) una conformación activa con propiedad inhibitoria (forma un complejo covalente estable con la proteína uPA), uPA), b) una conformación de sustrato, y c)
Activación del Sistema Sistema Plasminógeno-Plasmina Plasminógeno-Plasmina
una conformación latente no reactiva. Inicialmente PAI-1 es sintetizada en su conformación activa pero cambia espontáneamente a su conformación latente con una vida media de 1 a 2 h. (46-48)
nales. La unión de angiotensina II a su receptor, promueve la activación de varios varios factores y vías de señalización mediante la fosforilación, uno de estos factores es la proteína PKC (proteína cinasa C). Se ha observado que la angiotensina II induce
Regulación de PAI-1• Perturbación Perturbac ión del
PAI-1 está regulado directamente por las proteínas Citoesqueleto y Contactos Celulares TGF-β1 Angiotensina II involucradas en la remodelación de la MEC, en la Figura 3 se 3 se muestra de forma resumida las Vía de Señalización Vía de Vía de vías de señalización que están implicadas en Señalización Mediada por Vía Señalización SMAD Señalización MAPK MAPK Mediante JNK (SMAD4 y SMAD3) (p38) la regulación de la expresión del gen SERPIMER/ERK NE1 y por ende de la proteína PAI-1. Promotor
En patologías como el cáncer, las células cambian su morfología cambiando las interacciones con su entorno, tanto en los contactos célula-célula como en las interacciones célula-MEC. En cáncer de mama se ha visto que los cambios en la estructura del citoesqueleto se dan por la interrupción de los contactos célula-célula dependientes de Ecaderina y esta pérdida de contacto estimula la expresión de uP u PA y PAI-1.(4 PAI-1.(49) 9) Además de que la la expresión de PAI-1 es regulada por la ruptura de microfilamentos y microtúbulos del citoesqueleto,(50) por lo cual el cambio morfológico de la célula permite cambios en su expresión. Otros factores que regulan la expresión de PAI-1 es TGF- β1, (factor de crecimiento transforman3), TNF (factor de necrosis te β1) (ver Figura 3), tumoral), insulina/proinsulina, y la angiotensina II; así como ácidos grasos libres y triglicéridos.
Serpine1
PAI-1
Figura 3• Vías de señalización señalización involucradas involucradas en la expresión de PAI-1 la síntesis de d e MEC, así como com o la expresión de PAI-1 PAI-1 promueve la acumulación de MEC mediante la inhibición de la degradación de ésta, cabe mencionar que la expresión de esta última está mediada por la proteína PKC, PKC, (53;54) (53;54) ya que SERPINE1 tiene sitios de reconocimiento para los factores de trascripción Sp1 y Sp3 y estos factores pueden puede n ser activados mediante PKC(5 PKC(55;5 5;56) 6)
La Proteína PAI-1 en las Patologías• La proteína PAI-1 se ha visto involucrada en un gran número de patologías, de ahí que su estudio esté cobrando gran importancia actualmente. El efecto que esta proteína puede generar es muy variable ya que puede tener diferentes funciones dependiendo de las patologías estudiadas.(57, 58)
Con respecto a TGF- β1, la regulación de PAI-1 se puede dar de dos formas: 1) la activación mediante la vía de señalización Smad (el promotor de PAI-1 tiene tres sitios de unión para los factores de trascripción Smad3 y Smad4), y b) por la ruta MAPK a través de p38, aunque TNF-β también puede activar la vía p38. (51, 52).
Ateroscle Aterosclerosis, rosis, Infar Infarto to Al Mioc Miocard ardio io y Trombo Trombosis sis Ve Venal nal•
Se han descrito dos receptores para la angiotensina II, el receptor tipo 1 y el tipo 2, mismos que tienen características de receptores acoplados a proteína G, con siete dominios trans-membra-
La sobre-expresión de PAI-1 se ha visto relacionada con las enfermedades vasculares. En modelos murinos, el incremento de esta proteína da como resultado la inhibición excesiva de uPA
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y tPA perdiendo la eficiencia en la degradación de los trombos o coágulos generando entonces trombosis venal y un alto riesgo potencial en padecer un infarto al miocardio. (59)
da con los que no la presentan.(69) Sin embargo, existen reportes contradictorios que indican que en ratones con deficiencia de PAI-1 se presenta una resistencia a desarrollar fibrosis pulmonar.(70) pulmonar.(70)
PAI-1 y el Síndrome de Resistencia a la Insulina y Obesidad•
Con respecto a la fibrosis renal, se ha reportado que la proteína PAI-1 está sobre-expresada y esta sobre-expresión también se presenta en la glomerulosis.(71)
La obesidad es un padecimiento de los países desarrollados. En obesos la proteína PAI-1 tiene niveles altos en el plasma sanguíneo, ya que los adipositos sintetizan a esta proteína y esto ha correlacionado con los tratamientos para bajar de peso en donde los niveles de esta proteína bajan. Los pacientes con síndrome de resistencia a insulina se caracterizan entre otras cosas por padecer obesidad, un incremento en niveles de ácidos grasos libres y triglicéridos, además de hipertensión, hiperinsulinemia e hipofibrinólisis. En modelos murinos y en seres humanos se ha identificado que TNF y TGF-β está incrementado en tejido adiposo(59;60) y éstos en conjunto con la insulina/proinsulina, triglicéridos y ácidos grasos libres estimulan la expresión de PAI-1.(61-63). Por otro lado, se ha demostrado que la hipofibrinólisis es causada por un incremento de PAI-1 PAI-1 y que las dietas hipocalóricas y el ejercicio físico tienen como resultado una baja en los niveles de PAI-1 en este síndrome.(64)
PAI-1 en la Fibrosis y el Asma • Como se ha venido mencionado, mencionado, PAI-1 PAI-1 juega un papel fundamental en el control de la fibrinólisis mediante la inhibición de los PAs. Esta proteína es expresada por varios varios tipos celulares como las células endoteliales, hepatocitos y adipositos entre otros.(65-67) Oh y colaboradores observaron que al inducirse la expresión de PAI-1 en pulmón se genera un acumulamiento o deposición de proteínas fibrilares generándose una fibrosis epitelial.(68) En ratones transgénicos con fibrosis pulmonar inducida se ha identificado que esta enfermedad es más agresiva en los ratones que sobre-expresan sob re-expresan PAI-1 PAI-1 comparacom para-
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En seres humanos con asma se ha visto que los mastocitos sobre-expresan PAI-1(72) y en modelos murinos con asma crónica, esta proteína promueve la acumulación de componentes de la MEC en las vías aéreas, además de que sus niveles están incrementados en fluido bronco-alveolar. bronco-alveolar. (68) Como podemos observar PAI-1 está involucrada en muchos mecanismos moleculares, por lo tanto la alteración del control y la expresión de esta proteína puede afectar de diferentes maneras la homeostasis del organismo, de ahí que sea importante estudiar y tratar de descifrar los mecanismos por los cuales esta proteína es activada así como los mecanismos y vías de señalización que pueden ser afectadas por ésta.
PAI-1 en la Angiogénesis y Cáncer • La angiogénesis tanto en procesos normales (neovascularizacion) como en patológicos (tumorales), requiere que las células endoteliales de los vasos y capilares migren para formar los nuevos vasos sanguíneos y para llevar a cabo esto, el sistema de activación plasminógeno/ plasmina está implicado tanto en la degradación de la MEC, para que las células puedan migrar, como en la inhibición de la degradación de la misma, mediante PAI-1, para que se puedan establecer los nuevos vasos sanguíneos. La hipoxia es uno de los factores que inducen angiogénesis y bajo estas condiciones se ha reportado que las células endoteliales presentan un incremento en la expresión de uPA y PAI-1, además de otros factores angiogénicos como VEGF y bFGF bFGF que promueven promueven la expresión de uPA, tPA, uPAR y PAI-1.(73)
Activación del Sistema Sistema Plasminógeno-Plasmina Plasminógeno-Plasmina
El papel que PAI-1 juega dentro de la angiogénesis puede verse de dos maneras; la primera se basa en la capacidad para inhibir la fibrinólisis de la MEC y la otra, implica el rompimiento de los contactos célula-célula y célula-MEC, permitiendo la migración celular.
en comparación con pacientes con cáncer gástrico asociándose también con una baja sobrevida.(80-82) Tanto PAI-1 como uPA son factores de pronóstico independientes y parecen estar asociados a la diferenciación del tumor en este tipo de cáncer.
En varios estudios in vitro e in vivo, se ha visto que la sobre-expresión de PAI-1 reduce la metástasis y el crecimiento del tumor. Por ejemplo, en carcinoma de próstata la sobre-expresión de PAI-1 inhibe tanto el crecimiento como la angiogénesis en e n el tumor.(74) tumor.(74) También, esta proteína inhibe la angiogénesis en un ensayo CAM (Chick Chorioallantoic Membrane), indicando que estos procesos son debidos a la inhibición de la degradación de la MEC.(75)
Carcinoma Colorectal• Al comparar muestras de tejido de colon normal con muestras tumorales se han encontrado diferencias en los niveles de proteicos de PAI-1 PAI-1 y uP uPA, A, reportándose niveles más altos en los tumores. También se han encontrado niveles altos de uP uPAR AR que correlacionan con metástasis e indican una baja sobrevida, y su presencia es un factor pronóstico independiente.(83, independiente.(83, 84) Así mismo, se ha visto que tanto PAI-1 como uPA son factores de pronóstico independientes.(85;86)
Sin embargo, existen datos contradictorios en los que se observa obser va que la presencia de PAI-1 PAI-1 es necesaria para que se pueda dar la angiogénesis. angiogénesi s. En un modelo know-out murino para PAI-1 se reporta una reducción significativa del volumen de tumor así como en la vascularizacion.(76, 77) Así mismo, se ha observado que en líneas celulares derivadas de cáncer de pulmón el proceso metastático se incrementa al administrar PAI-1 endógeno.(78)
Cáncer de Esófago• En tejidos de adenocarcinoma de esófago los niveles de las proteínas proteína s uPA uPA y PAI-1 también tambié n se ven incrementados, lo cual ha sido relacionado con el grado del tumor, (87) diagnóstico y sobrevida desfavorable.(88)
Como se vio anteriormente, existen reportes contradictorios sobre la inhibición o activación de PAI-1 sobre procesos de angiogénesis y la metástasis. Con respecto a estos resultados, McMahon y colaboradores utilizaron diferentes concentraciones de PAI-1 en un modelo in vivo y observaron que a bajas concentraciones de la proteína se promueve la angiogénesis, mientras que a concentraciones altas ésta se inhibe.(79)
Cáncer de Pulmón•
Cáncer Gástrico• En tejidos de cáncer gástrico se han encontrado niveles altos de PAI-1 PAI-1 así como de uPA uPA y ésto se ha relacionado con una baja sobrevida, en contraste, existen otros trabajos donde se indica que los niveles de estas proteínas no se ven afectados. Por Por otro lado, l ado, en mucosa gástrica de controles sanos, la actividad de tP tPA A es baja
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En el cáncer de pulmón aunque los niveles de las proteínas uPA, uPAR y PAI-1 son más altos en comparación con el tejido de pulmón normal, los pronósticos de sobrevida cambian dependiendo del tipo de células afectadas. En el carcinoma de pulmón de células no pequeñas (NSCLC) no se ha encontrado relación entre los niveles de estas proteínas y la sobrevida, sin embargo, en adenocarcinoma y cáncer de pulmón escamoso el incremento de PAI-1 y uPAR está relacionado con una baja sobrevida. (89-91)
Cáncer de Ovario• Así como en los tipos tumorales antes mencionados, en cáncer de ovario ovario se han encontrado
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niveles altos de PAI-1 y proteínas involucradas en el sistema de activación plasminógeno/plasmina, principalmente con las proteínas PAI-1 y uPA. Tecimer y colaboradores identifican que niveles altos de PAI-1 pueden relacionarse a una recurrencia del tumor además de que su presencia también correlaciona con una baja sobrevida. (92, 93) 93)
Cáncer de Mama • En este tipo de cáncer Janicke y colaboradores, en 1993, reportaron niveles altos de PAI-1 y que ésto funciona como un factor independiente de mal pronóstico. Así mismo, los niveles altos de PAI-1 se han relacionado con cáncer de tipo más agresivo (nódulo positivo y negativo).(94) Por otro lado, Leissner encontró que los niveles elevados PAI-1 en cáncer de mama representan un factor pronóstico independiente para el desarrollo de metástasis y una menor m enor sobrevida.(95) sobrevida.(95) así como un mayor riesgo de regresión.(96) Sin embargo, los pacientes con niveles elevados de PAI-1 responden mejor a la quimioterapia en comparación con aquellos que tienen niveles mas bajos de esta proteína.(97) Algunos estudios de inmunolocalización sugieren que PAI-1 PAI-1 es sintetizado como un mecanismo de protección hacia el tumor ya que al inhibir uPA se evita la degradación de la MEC y por lo tanto la migración. (96) Por otro lado se ha sugerido que la producción de PAI-1, está directamente relacionada con angiogénesis y la neovascularizaneovascularización a favor del tumor. (94, 98) La interacción de uPAR-uPA-PAI-1-LRP induce el decremento de la migración celular en cáncer de mama, además de que la expresión de uPA uPA y PAI-1 PAI-1 se ha identificado en cáncer de mama in situ e in vivo (99)
Cáncer Cérvico-Uterino• En cuanto a la concentración de las proteínas se ha encontrado que en extracto de muestras de cáncer cérvico-uterino la concentración del los
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antíge nos uP antígenos uPA A y PAI-1 es mayor mayor en comparación comparaci ón con las lesiones de bajo grado y normales. Es importante notar que aunque la concentración del antígeno PAI-1 PAI-1 está incrementada en el tumor, no se encontró un incremento significativo en la actividad de esta proteína, ésto concuerda con lo reportado por Kobayashi y colaboradores, quienes encontraron que la mayor parte de esta proteína se encuentra en su forma latente. (100, 101) Sin embargo, la sobre-expresión sobre-expresión de PAI-1 también se ha identificado como un factor independiente para una baja en la sobrevida de las pacientes.(102) pacientes.(102)
Conclusiones• La alteración en la expresión la proteína de PAI-1 puede llevar a la pérdida de las interacciones de la MEC con la célula, lo cual provoca cambios en las vías de señalización y en la morfología celular. Esta pérdida de homeostasis afecta los procesos biológicos del tejido y puede generar diferentes tipos de patologías, algunas las cuales están directamente relacionadas con procesos de fibrosis, cáncer, problemas vasculares como aterosclerosis, infarto al miocardio, trombosis venal entres otras. o tras. En cuanto al cáncer, de manera general existen reportes contradictorios con respecto a la función inhibitoria inhibi toria que ejerce PAIPAI- 1. 1. Sin embargo, embargo , el aumento en los niveles de esta proteína en diferentes tipos de cáncer tiene un gran impacto en relación a la sobrevida y a la posible agresividad de la misma, además de que se ha visto que PAI-1 PAI-1 participa activamente en procesos de angiogénesis y migración celular. Por Por todo lo anterior, es importante el estudio detallado de los factores que controlan la expresión y actividad de esta proteína.
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