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Biología celular

Autofagia para sobrevivir

Intervenciones en la autodigestión celular inspiran nuevas estrategias de combate contra las enfermedades

reproduciónJackson Pollock, Number 3, 1949: Tigerreprodución

Somos todos autofágicos. Y es bueno que así sea. Nuestras células se digieren y se renuevan permanentemente, deshaciendo y reaprovechando proteínas mediante un mecanismo biológico denominado autofagia. Vista antes únicamente como un proceso de muerte celular, esta forma de autodestrucción selectiva de componentes celulares aparece ahora como un artificio de supervivencia de los organismos: solamente cuando no hay más arreglo posible, las células se mueren. Como aparentemente puede acelerársela o retardársela, la autofagia se ha convertido en una nueva estrategia en el combate contra las enfermedades y para prolongar la vida de las células, en cuyo interior habría tanto movimiento como en los cuadros del artista plástico Jackson Pollock.

Por lo pronto, la autofagia está abriendo perspectivas de nuevas aplicaciones para antiguos medicamentos. El litio por ejemplo, prescrito para personas que padecen el trastorno bipolar del humor, caracterizado por cambios bruscos de la euforia a la depresión profunda, puede ser útil para detener el mal de Alzheimer, una forma de degeneración de las neuronas que tiende a agravarse con el envejecimiento. La cloroquina, además de su uso para mitigar la malaria, puede ayudar a combatir tumores. La rapamicina, un antibiótico empleado para evitar el rechazo de órganos transplantados, prolongó la longevidad de un grupo de ratones comunes, en comparación con otro grupo que siguió su curso normal de envejecimiento.

“La determinación de la seguridad de estos usos y el ajuste de las dosificaciones de nuevas aplicaciones de medicamentos ya aprobados es mucho más fácil que empezar todo de cero”, argumenta Soraya Soubhi Smaili, docente de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), al frente de uno de los pocos grupos de investigación en el área existentes en el país. Y Cláudia Bincoletto, también docente de la Unifesp e investigadora del equipo de Soraya, para demostrar por qué esta estrategia de búsqueda de nuevos medicamentos podría ser conveniente en países con limitados recursos económicos como es el caso de Brasil, añade: “Las drogas nuevas son mucho más caras que las más antiguas”.

También hay espacio para la investigación de nuevos medicamentos. En la Unifesp, Cláudia estudia los efectos prometedores de compuestos derivados del elemento químico paladio sobre la autofagia como forma de combatir tumores. Ha verificado que la posibilidad de regular la autofagia mediante la acción de compuestos químicos puede ser un camino para aumentar la eficacia de compuestos antitumorales, disminuyendo así las dosis y los efectos indeseables sobre otras células.

En un estudio recientemente concluido en la Universidad de São Paulo (USP), Renato Massaro, dirigido por Silvya Maria-Engler, probó un compuesto extraído de las raíces y  las hojas de un arbusto del Bosque Atlántico, el caisimón, contra un linaje de células humanas de tumor de cerebro que crecían en un medio de cultivo apropiado, mantenido en laboratorio. Los resultados que obtuvo indicaron que este compuesto, el 4-nerolidilcatecol, ó 4-NC, puede estimular la autofagia en este tipo de tumor, llamado glioma, y activar los caminos bioquímicos que llevan no solamente al reciclaje, sino también a la muerte celular. Los gliomas se originan en las llamadas células glías, mucho más numerosas en el cerebro que las neuronas.

Massaro observó que el 4-NC también reducía la capacidad de las células tumorales de invadir el espacio de las células sanas. Era una buena señal. El problema es que otros grupos de investigación ya habían indicado que las células tumorales pueden adquirir resistencia a los estímulos que disparan la muerte celular. Una de las características típicas de la célula tumoral es precisamente su capacidad de escapar a la muerte celular genéticamente programada.

Como la apoptosis y la autofagia se relacionan, una estimulando o frenando a la otra, Massaro puso en práctica la estrategia invertida: agregó un compuesto que bloquea la autofagia, el 3-metil-adenina ó 3-MA, al cultivo de células tumorales humanas. El 3-MA amplió el efecto del 4-NC y la muerte de los tumores aumentó un 30%, probablemente estimulando otro mecanismo de muerte celular, en comparación con el grupo de células que recibieron únicamente el 4-NC. En la Unifesp, con otros compuestos, Cláudia Bincoletto arribó a resultados similares, que indican que la autofagia no lleva a la muerte, sino a la supervivencia de las células, por ende, cuando se la inhibe, los compuestos antitumorales se vuelven más efectivos. “Ésta es una estrategia que defienden muchos grupos abocados a la búsqueda de nuevos tratamientos contra los tumores”, comenta Soraya.

“Ahora nuestro desafío consiste encontrar la dosificación que elimine únicamente a las células tumorales, sin afectar a las normales”, dice Silvya. Según ella, la alteración de los niveles normales de autofagia en células sanas podría generar desequilibrios en los procesos genéticos o respuestas inflamatorias indeseables. El equipo de la USP había apuntado en 2008 que el 4-NC puede estimular la apoptosis de células de tumores de piel o de melanomas mantenidas en cultivo.

En la Universidad Federal de Río Grande do Sul (UFRGS), el equipo de Guido Lenz ha estudiado los efectos del resveratrol, un compuesto natural encontrado en el hollejo de uva, las frutas rojas y el maní, sobre la vida y la muerte de las células. Bajo su supervisión, Eduardo Chiela comparó los efectos del resveratrol y el de la temozolomida, uno de los principales medicamentos usados contra los gliomas que, como ya era sabido, puede provocar la muerte por autofagia. Este estudio, que se encuentra en fase final de redacción, indicó que el componente de hollejo de las uvas (principalmente el de las oscuras) estimula ambos mecanismos de muerte celular, la autofagia y la apoptosis, en cultivos de células humanas tumorales.

En un estudio anterior, Lauren Zamin, Guido Lenz y otros investigadores de la UFRGS evaluaron los efectos del resveratrol y de la quercetina, otro componente de la uva y de otras frutas: el hollejo de la uva contiene alrededor de 50 a 100 microgramos por gramo de resveratrol y 40 de quercetina; el vino tinto, entre 7 y 13 de resveratrol y 7,4 de quercetina. Una combinación de ambas sustancias hizo que células de glioma de ratones entrasen en senescencia, el proceso de envejecimiento irreversible que puede culminar en la autofagia y del cual las células normales se valen como una forma de evitar volverse cancerosas. Bajo el efecto de esas dos sustancias, las células tumorales se agigantaron y después se rompieron.

Los ensayos prosiguen en animales y refuerzan el doble rol del resveratrol que, de modo inverso, presenta un efecto antienvejecimiento en las células sanas. “El resveratrol parece darse cuenta cuándo una célula es sana o cuándo es tumoral”, sostiene Lenz. “No será fácil, pero tenemos sumo interés en proseguir la investigación en la medida en que los resultados de las acciones sean positivos, rumbo a obtener aplicaciones en seres humanos”. Otros estudios ya habían descrito al resveratrol como un compuesto capaz de detener otros tipos de tumores, estimular la autofagia y  detener el envejecimiento.

“La autofagia representa un enfoque prometedor para el tratamiento de melanomas (cánceres de piel)”, comentó Damià Tormo, investigador del Centro Español de Investigaciones Oncológicas de Madrid, en una presentación realizada en enero en la USP. Tormo coordinó la construcción de una estructura sintética de ARN (ácido ribonucleico) que activa proteínas específicas y promueve la autofagia, como fue descrito en un artículo de 2009 publicado en la revista Cancer Cell. El investigador trabaja también en su naciente empresa: BiOnco Tech, para llevar adelante el desarrollo de esa molécula, que se mostró eficaz para detener el crecimiento de tumores de piel, que a menudo se vuelven resistentes a los medicamentos, en los primeros experimentos realizados en cultivo de células y en ratones genéticamente modificados.

Aun con nuevas sustancias con efectos prometedores y  aparentemente de baja toxicidad, no será fácil proseguir. En primer lugar debido a las dificultades para desarrollar nuevos medicamentos en Brasil. En segundo lugar, debido al propio papel –igualmente doble– de la autofagia, que ayuda a sobrevivir o a eliminar tanto células normales como tumorales. En diversos estudios, sostiene Guido Kroemer, investigador del Instituto Gustaf Rouassy de París, se demostró que la autofagia puede tener funciones distintas, de acuerdo con el tipo de célula. En las neuronas, las células del corazón y otros tipos de células que se reproducen normalmente, este mecanismo ayudaría en la limpieza, eliminando residuos, además de preparar a la célula para la muerte por apoptosis. En células que se multiplican de modo descontrolado –es decir, con potencial para formar tumores–, la autofagia podría favorecer la supervivencia, y por ende, la eventual resistencia a compuestos o estímulos externos usados contra ellas.

Descubierta en los años 1970 por Daniel Klionsky, investigador de la Universidad de Michigan, Estados Unidos, la autofagia fue vista durante casi tres décadas tan sólo como una forma, inicialmente sin mucha importancia, de que la célula se librase de sí misma. Por esa razón, fue denominada muerte celular programada tipo 2 para diferenciarla de la  apoptosis, o la muerte tipo 1, mucho más estudiada. “Se puede decir que la autofagia antecede a la muerte celular o que se cruza con la muerte celular, pero hoy en día no es correcto afirmar que la autofagia es un tipo de muerte celular”, comenta Soraya.

miguel boyayanAntitumorales a mano: el hollejo de uva contiene resveratrol y quercetinamiguel boyayan

Los genes que controlan la autofagia empezaron a ser identificados en 1997, inicialmente en levaduras, organismos unicelulares empleados en la fabricación de pan, el vino, la cerveza y el alcohol combustible. Con base en los genes, los expertos conocieron cuáles son y cómo interactúan las proteínas encargadas de este mecanismo flexible de reciclaje de componentes celulares. Además de desmontar lo que no está funcionando bien, la autofagia tiene otras funciones que cumple en el desarrollo de las células, y no siempre desemboca en la muerte de éstas. Por ejemplo, es necesaria para que las levaduras se reproduzcan y  para que las larvas de insectos se transformen en crisálidas.

“En la actualidad vemos que la autofagia existe más para la supervivencia y la  resistencia que para la muerte celular”, sostiene Soraya. “Ante un estímulo agresor o un defecto celular, la célula puede entrar en autofagia en un intento de reparación, y  solamente cuando no hay más arreglo entra en proceso de muerte celular”. Diversos estudios sugieren que los genes y las proteínas que estimulan la autofagia pueden bloquear la apoptosis, o lo contrario, a partir de estímulos muy bien definidos, estableciendo así  una conversación cruzada entre ambos fenómenos.

Cuando reciben estímulos internos o externos, las dos decenas de genes ya identificados que controlan la autofagia activan la producción de proteínas, que poco a poco se encajan formando membranas que rodean a los componentes celulares que serán desmontados antes de causar problemas. Posteriormente, impulsada por otras proteínas específicas, la membrana se funde con los lisosomas, compartimentos de la  célula ricos en enzimas que fragmentan proteínas rutinariamente.

Los lisosomas digieren proteínas defectuosas celulares más despacio que otro mecanismo de limpieza celular llamado proteosoma. Aunque son más lentos, los lisosomas pueden eliminar estructuras celulares mayores cuando están dañadas o son deficientes, principalmente las mitocondrias, compartimentos celulares que transforman la energía extraída de los alimentos en moléculas de ATP, fundamentales para el mantenimiento de las células. En la Unifesp, bajo la dirección de Soraya, Juliana Terashima irrigó células con un compuesto conocido por la sigla FCCF, sumamente tóxico para las mitocondrias. Como respuesta, las células entraron en autofagia, que una vez activada ayudó a remover las mitocondrias que habían sido dañadas por el compuesto.

Al participar de la línea de desmontaje celular, los lisosomas les permiten a las células construir nuevas moléculas, aun cuando no son abastecidas con la materia prima habitual, proveniente de los alimentos. La fusión de las membranas con los lisosomas lleva a la formación de grandes bolsas llamadas vacuolas autosómicas, que llevan adelante la transformación de residuos en materia prima de moléculas nuevas. De acuerdo con Lenz, aparentemente es la cantidad de mitocondrias eliminadas por esas vacuolas lo que marca el momento en que la célula sale de la fase de reciclaje y se encamina hacia la de la destrucción completa. El problema es encontrar ese límite. O en términos prácticos, descubrir cuántas mitocondrias debe perder una célula  –una célula posee en promedio 200 mitocondrias– para entrar en el camino irreversible de la muerte celular.

El conocimiento sobre esa línea de desmontaje celular, a medida que cobraba cuerpo, fue abriendo las primeras posibilidades, actualmente más concretas, de intervenir en esa cadena de reacciones bioquímicas para prolongar la vida de las células sanas y reducir la de las tumorales. En un estudio publicado en febrero de 2008 en la revista PNAS, investigadores italianos demostraron que el litio, aplicado durante 15 meses a un grupo de 44 personas, podría postergar la progresión de la esclerosis lateral amiotrófica, una enfermedad neurodegenerativa.

042-047_autofagia_168Un mes antes, un equipo de la Universidad de Cambridge había demostrado en Human Molecular Genetics las posibilidades de uso del litio y de la  rapamicina combinados en el tratamiento de la enfermedad de Huntington, otra afección con pérdida constante de la  funcionalidad de las neuronas. “La autofagia parece remover los agregados de proteínas malformadas, que obstaculizan el funcionamiento de las células nerviosas y están presentes en enfermedades neurodegenerativas como la de Huntington, el Parkinson y  el Alzheimer”, sostiene Soraya. Según ella, estudios realizados en su laboratorio con células de pacientes con Huntington mostraron que estimular la autofagia puede retrasar la aparición de la muerte celular por apoptosis.

Una célula que se limpió mediante autofagia puede vivir más, de acuerdo con un estudio realizado en Estados Unidos y publicado en Nature en julio de 2009. Para arribar a dicha conclusión, los investigadores hicieron un seguimiento de alrededor de tres mil ratones comunes ancianos, con una edad equivalente a los 60 años de los seres humanos. Les administraron rapamicina, un compuesto que estimula la autofagia, a algunos de los animales, y esperaron que todos murieran naturalmente, de cinco a siete meses después. Los ratones que recibieron rapamicina tuvieron un tiempo de vida entre un 28% y un 38% más largo que el del grupo que no recibió nada.

Este experimento impresionó por la grandiosidad, ya que la cantidad de animales raramente es tan elevada, pero su aceptación no fue consensual, y muchos investigadores argumentaron que los ratones pueden haber vivido más por otras razones, o que ese resultado no es suficiente como para asociar el control de la autofagia a la prolongación de la vida celular. De cualquier manera, los mecanismos de funcionamiento de la autofagia se vuelven ahora más claros. Otros experimentos sugirieron que la simple privación de nutrientes puede estimular ese tipo de limpieza celular. “Recibiendo menos glucosa”, comenta Soraya, “la célula producirá menos energía por las vías metabólicas habituales, pero también producirá menos residuos que aceleran el envejecimiento, además de estimular la autofagia, que puede remover mitocondrias y proteínas malformadas”.

En un artículo publicado en 2006 en la Cancer Cell, Melanie Hippert, Patrick O’Toole y  Andrew Thorburn, de la Universidad de Colorado, en Denver, Estados Unidos, reconocen que la manipulación de la autofagia debe ser útil para detener la evolución de tumores y  aumentar la eficiencia de los tratamientos contra el cáncer. El problema es que la autofagia tiene un doble papel: puede inhibir o favorecer el crecimiento de los tumores, dependiendo de las circunstancias. Por esta razón, la autofagia podría ser estimulada para evitar la formación de tumores en personas con riesgo de cáncer, pero reducida si un tumor ya se ha se establecido en el organismo.

Una vez hallado un compuesto adecuado, el siguiente desafío consistirá en definir la mejor dosificación, para que únicamente mueran las células tumorales. Chi Dang, de la Universidad John Hopkins, Estados Unidos, informó en enero de 2008 en Journal of Clinical Investigation que la cloroquina, un antipalúdico, puede ayudar a prevenir la evolución de los tumores. Sin embargo, advirtió que el uso prolongado de este compuesto, que inhibe la autofagia y estimula la apoptosis, puede tener efectos colaterales aún no previstos, ya que el conocimiento sobre el equilibrio celular es todavía rudimentario.

“No creo que los nuevos antitumorales únicamente estimulen la autofagia”, comenta Lenz. “Sería arriscado. La salida a lo mejor es algo, como el resveratrol, que pueda tener múltiples blancos y activar más de un proceso bioquímico que desencadene la muerte de los tumores, incluso por autofagia”. Aun cuando nuevos compuestos no aparezcan enseguida, la capacidad de inducir o bloquear la muerte celular se convertirá en una característica de los medicamentos en general, y ayudará a explicar cómo actúan en el organismo. Por cierto, muchos medicamentos antitumorales ya en uso pueden inducir la autofagia. Pueden ayudar también a retomar muchas investigaciones interrumpidas. “Fármacos que fallaron en ensayos clínicos podrían probarse nuevamente”, piensa Silvya Stuchi Maria-Engler, de la USP, “porque pueden ser excelentes combinados con otros, capaces de inducir o inhibir la autofagia”.

Artículos científicos
ZAMIN, L.L. et al. Resveratrol and quercetin cooperate to induce senescence-like growth arrest in C6 rat glioma cells. Cancer Science. v. 100, n. 9, p. 1.655-62. 2009.
HIPPERT, M.M. et al. Autophagy in cancer: good, bad, or both? Cancer Research. v. 66, n. 19, p. 9.349-51. 2006.
HARRISON, D.E. et al. Rapamycin fed late in life extends lifespan in genetically heterogeneous mice. Nature. v. 460, p. 392-5. 2009.
TORMO, D. et al. Targeted activation of innate immunity for therapeutic induction of autophagy and apoptosis in melanoma cells. Cancer Cell. v. 16, n. 2, p. 103-14. 2009.

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