Alteraciones genéticas en los sistemas de transporte biliar y enfermedad hepática

Artículo publicado en febrero de 2011

DOI: http://dx.doi.org/10.18567/sebbmdiv_ANC.2011.02.1


Luis Álvarez
Unidad de Investigación del Hospital Universitario La Paz, Madrid
28046 Madrid
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La producción normal de bilis es un proceso altamente regulado, que requiere la acción coordinada de una serie de transportadores de membrana. Un grupo de enfermedades hepáticas hereditarias están asociadas a la pérdida de expresión o funcionalidad de alguna de estas proteínas, o del factor de transcripción FXR, que controla la homeostasis de sales biliares.

 

Una de las principales funciones del hígado es la formación de la bilis y el mantenimiento del flujo biliar, que permiten la biotransformación y excreción de numerosas substancias endógenas y exógenas, así como la absorción intestinal de colesterol y vitaminas liposolubles. La secreción de bilis es un proceso osmótico que tiene lugar en los canalículos biliares, unos pequeños espacios formados entre las membranas apicales (canaliculares) de hepatocitos adyacentes. La mayoría de solutos que la forman (sales biliares, fosfolípidos, colesterol, aniones orgánicos, etc.) son secretados al canalículo por una serie de transportadores localizados en la membrana canalicular del hepatocito, en un proceso dependiente de la hidrólisis de ATP. Estos transportadores pertenecen a una familia de proteínas que se ha dado en llamar ABC (de las siglas en inglés ATP-binding cassette) (1). Mutaciones en algunas de estas proteínas dan lugar a ciertas formas de colestasis (término que hace referencia a la ausencia o disminución del flujo biliar), que presentan un patrón de herencia recesivo y se manifiestan en el período neonatal. Las entidades que presentan un peor pronóstico obedecen a mutaciones en la proteína transportadora de sales biliares (BSEP), en la flipasa de fosfatidilcolina (MDR3) y en una ATPasa tipo P, denominada ATP8B1, implicada en la translocación de aminofosfolípidos desde la cara externa a la interna de la bicapa lipídica (2).
BSEP se expresa exclusivamente en la membrana canalicular de los hepatocitos y transporta sales biliares al canalículo contra un gradiente extremo de concentración. La deficiencia en BSEP conlleva la pérdida de secreción, y la consiguiente acumulación intracelular de sales biliares que, dada su naturaleza detergente, conduce a la muerte celular. El trasplante hepático es considerado el único tratamiento efectivo. Si bien, en algunos pacientes se ha observado la recurrencia post-trasplante de la enfermedad debida a un fenómeno inusual de reconocimiento inmune de la proteína BSEP del órgano donante y generación de anticuerpos bloqueantes contra la misma (3).
La proteína de resistencia a fármacos MDR3 transloca fosfatidilcolina desde la parte interna a la externa del dominio canalicular de la membrana plasmática del hepatocito. La liberación de fosfatidilcolina a la luz del canalículo desde la cara externa de la membrana representa un mecanismo eficaz de protección, por su capacidad para formar micelas mixtas con las sales biliares y, por tanto, anular la acción detergente de éstas. La pérdida de expresión o funcionalidad de MDR3 da lugar a una dramática disminución en la secreción de fosfatidilcolina a la bilis, que origina un predominio de sales biliares monoméricas no micelares que producen un daño progresivo sobre la membrana celular.
La patogénesis de la enfermedad por deficiencia en ATP8B1 es desconocida. Esta proteína no parece tener una relación funcional directa con la secreción biliar, dado que es una flipasa implicada en la correcta composición lipídica de la membrana plasmática y es expresada en todos los órganos y tipos celulares. Resultados recientes sugieren un papel indirecto de ATP8B1, relacionado con el mantenimiento de la expresión correcta del factor de transcripción FXR ("Farnesoid X Receptor"), que regula la homeostasis de sales biliares. FXR pertenece a la superfamilia de receptores nucleares de hormonas que, al ser activados por ligandos, actúan como factores de transcripción. Sus ligandos fisiológicos son las sales biliares. De hecho, FXR actúa como un "sensor" de los niveles de sales biliares, y controla su homeostasis regulando la expresión coordinada de genes claves en su transporte y metabolismo tanto en el hígado como en el intestino (4). Su implicación en estos procesos se esquematiza en la Figura. En el hepatocito, los ácidos biliares son incorporados de la sangre portal por la proteína hepática basolateral transportadora de sodio-taurocolato (NTCP). Un aumento en la concentración de ácidos biliares dentro del hepatocito activa el receptor FXR, que responde reprimiendo la expresión de NTCP e induciendo la del transportador canalicular de sales biliares (BSEP). Adicionalmente, la activación de FXR produce la inhibición de la expresión de la colesterol 7α-hidroxilasa, CYP7A1, la enzima limitante en la síntesis de sales biliares a partir de colesterol. Mediante esta acción coordinada, FXR evita la acumulación intracelular de sales biliares. En el enterocito, las sales biliares penetran a través del transportador ileal ASBT, cuya expresión también es reprimida por FXR. En esta célula, FXR induce la expresión de la proteína ileal de unión a sales biliares (I-BABP), que facilita su transporte intracelular.
Estudios realizados con muestras hepáticas humanas derivadas de trasplante y con líneas celulares han mostrado que la deficiencia de ATP8B1 conduce a la pérdida de expresión y funcionalidad de FXR (5,6), un mecanismo que explica en buena medida el fenotipo de los individuos afectados y la extrema gravedad de la enfermedad hepática. Asimismo, ensayos realizados en cultivos celulares han mostrado que este efecto puede ser prevenido con agonistas sintéticos de FXR, ofreciendo la posibilidad de un tratamiento farmacológico alternativo al trasplante hepático.
 

 

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Figura. Regulación de la homeostasis de sales biliares por FXR. Alvarez L et al. Semin Pediatr Surg 2005; 14: 200-205. 

 

REFERENCIAS:

 

1. Trauner M, Boyer JL (2003). Bile salt transporters: molecular characterization, function, and regulation. Physiol Rev 83:633-671.
2. Oude Elferink RP, Paulusma CC, Groen AK. (2006) Hepatocanalicular transport defects: pathophysiologic mechanisms of rare diseases. Gastroenterology130:908-25.
3. Jara P, Hierro L, Martínez-Fernández P, Alvarez-Doforno R, Yañez F, Diaz MC, Camarena C, Frauca E, De la Vega A, Muñoz-Bartolo G, Lopez-Santamaria M, Larrauri J, Alvarez L (2009). Recurrence of bile salt esport pump deficiency after liver transplantation. N Engl J Med 361:1359-1367.
4. Sinal CJ, Tohkin MM, Miyata M, Ward JM, Lambert G, Gonzalez FJ. Targeted disruption of the nuclear receptor FXR/BAR impairs bile acid and lipid homeostasis. Cell 2000;102:731-744.
5. Alvarez L, Jara P, Sánchez-Sabaté E, Hierro L, Larrauri L, Díaz MC, Camarena C, De la Vega A, Frauca E, López-Collazo E, Lapunzina P (2004). Reduced hepatic expression of Farnesoid X Receptor in hereditary cholestasis associated to mutation in ATP8B1. Hum Mol Genet 13: 2451-2460.
6. Martínez-Fernández P, Hierro L, Jara P, Alvarez L (2009). Knockdown of ATP8B1 expression leads to specific down-regulation of the bile acid sensor FXR in HepG2 cells. Effect of the FXR agonist GW4064. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 296:1119-1129.

 

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Entrevista

Luis Álvarez
Unidad de Investigación del Hospiatl Universitario La Paz, Madrid
28046 Madrid
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P.- ¿Cuándo surgió su vocación científica? ¿le influyó alguien de forma especial?

R.- Por la investigación en Biología Molecular en concreto, mi interés surgió más bien tarde, durante la realización de la Tesina, en el Centro de Biología Molecular "Severo Ochoa". En esos años me influyó mi director de Tesis, el Dr. Antonio Nieto, un científico como la copa de un pino y, a su vez, cargado de modestia y humildad. Posteriormente, el Dr. José María Mato, un maestro.

  

P.- ¿Podría resumirnos brevemente su trayectoria profesional?

R.- Realicé la Tesina de Licenciatura y Tesis Doctoral en el Centro de Biología Molecular "Severo Ochoa", bajo la dirección del Dr. Antonio Nieto, sobre expresión en pulmón del gen de la PEPCK, una enzima clave en la gluconeogénesis. Posteriormente me incorporé al equipo del Dr. José María Mato, primero en la Fundación Jiménez Díaz y, posteriormente, en el Instituto de Investigaciones Biomédicas "Alberto Sols". Mi trabajo durante esta etapa estuvo centrado en el ciclo de la metionina en el hígado, particularmente en la enzima MAT1A. Desde el año 2000, en el que me trasladé al Hospital Universitario La Paz, me dedico al estudio de los mecanismos moleculares de enfermedades hepáticas infantiles.  

 

P.- ¿La repetiría en su totalidad?

R.- Seguramente no. Muchas decisiones se toman en base a las circunstancias del momento. De todas formas, tengo para mí que he sido bastante afortunado por cómo me han ido las cosas.

 

P.- ¿Cuáles son desde su punto de vista las características que definen a un buen investigador?

R.- Además de todas las que habitualmente se formulan -vocación, curiosidad, intuición, constancia, paciencia, etc.- también me parece importante tener clara la idea de que esto, en esencia, consiste en hacerse preguntas (establecer hipótesis) y después diseñar los abordajes experimentales para contestarlas. Parece una obviedad, pero, quizá por la presión para publicar, hoy en día no es infrecuente basar el planteamiento experimental fundamentalmente en la incorporación de una tecnología nueva o puntera.

 

P.- ¿Podría describirnos brevemente cuál es su línea de investigación actual y cuál es su trascendencia? ¿Cómo ve el futuro de este área cientifica?

R.- En la última década se han identificación diversos genes implicados en el transporte de distintos componentes de la bilis y cuya mutación está asociada a una serie de enfermedades hepáticas que se manifiestan en el neonato o durante la infancia y que son de extrema gravedad. Esta última circunstancia ha impulsado considerablemente el desarrollo de la investigación básica en el área, que está suponiendo un enorme avance en el conocimiento de un aspecto fundamental de la fisiología hepática como es la secreción biliar. La regulación de estos transportadores en condiciones fisiológicas, el impacto que mutaciones concretas tienen sobre su funcionalidad y/o localización intracelular y la búsqueda de factores adicionales que expliquen la falta de correlación genotipo-fenotipo que presentan muchos pacientes, constituyen las principales líneas de investigación del grupo. Una línea adicional concierne al receptor nuclear FXR, que regula de forma coordinada la expresión de una multitud de genes implicados en la síntesis, metabolismo y transporte de componentes biliares. La pérdida de funcionalidad de este factor de transcripción parece estar relacionada con el desarrollo de una enfermedad hepática infantil mortal, y constituye una potencial diana de interés farmacológico. 

 

P.- ¿Cuál consideraría que  ha sido el principal avance científico del siglo XX? ¿Cuál es el avance científico que más le ha impresionado?

R.- En el área de la Biología, coincido con muchos en que ha sido la definición de la estructura del DNA.  

 

Perfil biográfico

Luis Álvarez
Unidad de Investigación del Hospital Universitario La Paz, Madrid
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Luis Álvarez (Madrid, 1961) se licenció en Ciencias Biológicas por la Universidad Autónoma de Madrid en 1985 y obtuvo el doctorado en la misma universidad en 1989. Ha trabajado en el Centro de Biología Molecular "Severo Ochoa", la Fundación Jiménez Díaz y en el Instituto de Investigaciones Biomédicas "Alberto Sols". Desde el año 2001 dirige un grupo de investigación en el Hospital Universitario La Paz, de Madrid, centrado en el estudio de los mecanismos moleculares de enfermedades hepáticas infantiles. Las contribuciones recientes más relevantes del grupo están relacionadas con los procesos mediante los cuales las alteraciones genéticas en sistemas de transporte biliar conducen a la patología hepática.

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