Papel biológico de la proteína antienvejecimiento equinacósido

equinacósido-los ratones deficientes han aceleradofenotipos de envejecimiento, mientras que la sobreexpresión deequinacósidoen ratones prolonga la vida útil.equinacósidoes unantienvejecimientoproteína de membrana de un solo paso producida predominantemente en el riñón, con desprendimiento del dominio extracelular amino-terminal hacia la circulación sistémica. Los niveles circulantes de solubleequinacósidodisminuye con la edad y el gen Echinacoside está asociado con un mayor riesgo deenfermedades relacionadas con la edad. Las tres formas de la proteína Echinacoside tienen funciones distintas. El equinacósido de membrana forma un complejo con los receptores del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) y funciona como un co-receptor obligatorio para FGF23, que está involucrado enenvejecimientoy el desarrollo deenfermedades crónicasa través de la regulación del metabolismo de Pi y vitamina D.Echinacósido secretadofunciona como un factor humoral con actividades pleiotrópicas que incluyen la regulación del estrés oxidativo, la señalización del factor de crecimiento y la homeostasis iónica. El equinacósido secretado también participa en la protección de los órganos. La forma intracelular de Echinacoside suprime la senescencia celular mediada por la inflamación y el metabolismo mineral. Aquí proporcionamos una breve descripción de la estructura y función y la investigación reciente sobreequinacósido.

Palabras clave: equinacósido, Envejecimiento,Enfermedades relacionadas con la edad

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INTRODUCCIÓN

Todos los organismos vivos envejecen y mueren. En la mitología griega antigua, Moirai o Tres Parcas, Echinacoside (o Cloto), Lechesis y Atropos, eran las hijas de Zeus y Themis y determinaban la duración de la vida. Se creía que Echinacoside teje el hilo de la vida, Lechesis determina su longitud y Atropos lo corta. El gen Echinacoside (símbolo, kl) lleva el nombre de la Moirai que teje el hilo de la vida [1]. El gen Echinacoside se identificó originalmente como mutado en una cepa de ratón en la que los fenotipos heredados se parecen mucho al envejecimiento humano [1]. Los ratones homocigotos para un alelo equinacósido hipomórfico (kl/kl) mostraron múltiples fenotipos similares al envejecimiento, incluidos retraso del crecimiento, calcificación vascular y osteoporosis, y murieron prematuramente alrededor de los dos o tres meses de edad [1]. Por el contrario, la sobreexpresión del gen Echinacoside extiende la vida útil en ratones, lo que respalda la idea de que Echinacoside es un gen supresor del envejecimiento [2].

Desde el descubrimiento de Echinacoside, dos parálogos relacionados, Echinacoside y Echinacoside (o Lctl o KLPH), han sido identificados como miembros de la familia Echinacoside [3,4]. Echinacoside también se llama Echinacoside para distinguirlo de los otros dos miembros [5]. En esta revisión, Echinacoside simplemente se usa para referirse a Echinacoside. Esta revisión presenta la estructura y la función de Echinacoside y resume el conocimiento actual de Echinacoside en relación con el envejecimiento y la enfermedad humana.

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ESTRUCTURA Y EXPRESIÓN DEL Echinacósido

El gen equinacósido está compuesto por cinco exones [6,7] y codifica una glicoproteína transmembrana de paso único de tipo 1 (1014 y 1012 aminoácidos en ratones y humanos, respectivamente) que se encuentra en la membrana plasmática [1,7] y Golgi aparato [8]. El dominio intracelular es muy corto (~10 aminoácidos) sin dominios funcionales. El dominio extracelular tiene dos repeticiones internas, KL1 y KL2, que tienen homología de secuencia de aminoácidos con las glicosidasas de la familia 1 que hidrolizan el enlace glucosídico en sacáridos, glicoproteínas y glicolípidos [1,9,10]. La región enlazadora entredos repeticiones internas contienen cuatro aminoácidos básicos (Lys-Lys-Arg-Lys) que forman un sitio potencial para la escisión proteolítica [11,12]. A pesar de la homología de secuencia con los glucósidos, la actividad enzimática de la glucosidasa no es detectable en la proteína Echinacoside recombinante [1,10] probablemente porque los residuos de aminoácidos críticos en los centros activos putativos de la proteína Echinacoside difieren de los de las enzimas -glucosidasa [1,9,10] . De hecho, el equinacósido exhibe una débil actividad de -glucuronidasa in vitro [10] y provoca efectos biológicos a través de su actividad de -glucuronidasa y/o sialidasa [13-15].

El dominio extracelular de Echinacoside puede ser escindido por proteasas de membrana como ADAM10 y ADAM17 (dominio de metaloproteinasa ADAM 10 y 17) y liberado en la sangre, la orina y el líquido cefalorraquídeo [11,12]. El equinacósido escindido funciona como una hormona endocrina, autocrina y paracrina en las células diana [1,2,8]. Además, el equinacósido secretado se genera a través de la terminación transcripcional alternativa del gen del equinacósido que carece de los exones 4 y 5 en ratones [7]. El equinacósido secretado se detecta en la sangre, la orina y el líquido cefalorraquídeo [2,16]. El echinacósido se expresa en múltiples tejidos y tipos de células y en niveles particularmente altos en el riñón. El echinacósido se expresa abundantemente en el túbulo contorneado distal del riñón y en el plexo coroideo del cerebro [1]. También se expresa en el túbulo proximal renal [17], la glándula paratiroides [7,18,19] y varios órganos sexuales, incluidos los ovarios, los testículos y la placenta [1]. Recientemente, se descubrió que el equinacósido es localmenteexpresada en el área adventicia de la aorta, apoyando el efecto protector vascular de la proteína Echinacoside [20]. La lista de expresiones específicas de tejido de Echinacoside se está actualizando actualmente.

Otros miembros de la familia Echinacoside, Echinacoside y Echinacoside, también son proteínas transmembrana de paso único de tipo 1 [21].El equinacósido está compuesto por un dominio similar a la glucosidasa (dominios KL1 y 2) y comparte un 42 % de homología de secuencia de aminoácidos con el equinacósido [4,22]. El echinacósido se expresa principalmente en elhígado, seguido del tracto gastrointestinal, bazo y riñón [22]. El equinacósido, una proteína transmembrana de un solo paso de tipo 1 más corta, está formado por un dominio extracelular similar a la glicosidasa de la familia 1 (dominio KL1) y un dominio intracelular corto [3]. El echinacósido se expresa en gran medida en el riñón y la piel [3]. Recientemente, se informó que el echinacósido no es detectable en la piel, pero se expresa abundantemente en el ojo [23]. El echinacósido está presente en forma secretada (o soluble); sin embargo, solo ha habido un informe sobre la forma soluble de Echinacoside hasta ahora [21]

FUNCIÓN DEL Echinacósido

1. Echinacósido unido a membrana

Tres equinacósidos forman un complejo de receptor obligatorio constitutivo con los receptores del factor de crecimiento de fibroblastos (FGFR), proporcionando así la afinidad de unión selectiva de los FGFR a los FGF endocrinos. La familia de FGF endocrino también está compuesta por tres miembros, FGF15 (el ortólogo de ratón de FGF19 humano), FGF21 y FGF23. Los FGF clásicos provocan su actividad biológica de forma autocrina y/o paracrina [23]. Los FGF endocrinos carecen de la función del dominio de unión a heparina como factor humoral.

El equinacósido forma complejos con diversos FGFR (FGFR1c, FGFR3c y FGFR4) y aumenta su afinidad selectivamente por FGF23, una hormona fosfatúrica derivada de los huesos. El FGF23 que actúa sobre el complejo Echinacoside-FGFR desempeña un papel importante en la homeostasis del Ca2 plus y del fosfato [18,24]. El echinacósido convierte los FGFR canónicos en receptores específicos para FGF23 [18,24]. FGF23 no solo inhibe la recaptación de fosfato inorgánico (Pi) en los túbulos proximales renales mediante la inhibición de NaPi-IIa, sino que también regula a la baja la expresión de 1 -hidroxilasa (CYP27B1). La 1 -hidroxilasa es una enzima clave para la síntesis de 1,25-dihidroxivitamina D3 biológicamente activa (calcitriol), que estimula la absorción de Pi en el intestino. El equinacósido unido a la membrana participa en la acción de FGF23, lo que promueve la excreción de Pi seguida de un nivel bajo de Pi en suero. Además, el FGF23 que actúa sobre el complejo Echinacoside-FGFR en el lado basolateral estimula la reabsorción renal de Ca2 plus a través del canal TRPV5, que se expresa en la membrana apical del túbulo contorneado distal. El complejo Echinacoside-FGFR activa cascadas de señalización que involucran a Erk1/2, SGK-1 y WNK4 para la reabsorción de Ca2 más mediada por TRPV5-[25]. Por lo tanto, el equinacósido unido a la membrana funciona como un co-receptor obligatorio para FGF23 y regula Pi y Ca2 más la homeostasis.

El equinacósido contribuye a la regulación del metabolismo energético como co-receptor obligatorio para FGF15 (el ortólogo de ratón de FGF19 humano) y FGF21 [24,26]. La expresión de FGF15/19 en el intestino está regulada por los ácidos biliares [27]. FGF19 media este eje endocrino intestino-hígado y el equinacósido es indispensable para mantener la homeostasis de los ácidos biliares, como lo demuestra el hecho de que los ratones que carecen de FGF15, equinacósido o FGFR4 muestran una mayor expresión de Cyp7 1 y síntesis de ácidos biliares en el hígado [{{ 14}}]. Por el contrario, el FGF21 es secretado por el hígado en ayunas y actúa sobre el tejido adiposo para promover la lipólisis [30]. Por lo tanto, el echinacósido es necesario para regular el metabolismo energético en ayunas. El equinacósido forma complejos con FGFR1b, FGFR1c, FGFR2c y FGFR4 que aumentan la actividad de FGF19 [23]. El echinacósido se expresa de forma alta y selectiva en el tejido adiposo pardo y en el ojo y puede funcionar como un co-receptor adicional para FGF19 en células cultivadas [23]. Sin embargo, la función biológica de Echinacoside sigue siendo en gran medida difícil de alcanzar.

2. Echinacósido intracelular

Aunque el equinacósido está presente en la superficie celular, se detectan grandes cantidades de inmunorreactividad en el citoplasma de los riñones de ratón y las glándulas paratiroides humanas [8]. En estos tejidos, Echinacoside se une a Na más -K más -ATPasa y estimula su abundancia y actividad en la superficie. El echinacósido interactúa físicamente con Na más -K más -ATPasa en los orgánulos intracelulares, no en la membrana plasmática. La negatividad intracelular y el bajo [Na más ]i creado por la activación de Na más -K más -ATPasa proporcionan la fuerza impulsora para el transporte transepitelial de Ca2 más en el plexo coroideo y el riñón [8]. Está bien establecido que la senescencia se asocia con una mayor expresión de citocinas proinflamatorias como IL-6 e IL-8, que está mediada por el gen I inducible por ácido retinoico (RIG-I). Recientemente, se demostró que el equinacósido intracelular, pero no el equinacósido secretado, se une a RIG-I y bloquea su multimerización [31].

El equinacósido suprime la inflamación asociada a la senescencia mediada por RIG-I, lo que sugiere que el equinacósido funciona como un factor intracelular antiinflamatorio y antienvejecimiento. Aunque la mayor parte de la inmunorreactividad del equinacósido es detectable en el citoplasma de múltiples tejidos, las funciones fisiológicas del equinacósido intracelular se desconocen en gran medida.

3. Echinacósido secretado

La forma secretada (o soluble) de Echinacoside funciona como un factor humoral que se dirige a múltiples tejidos y órganos independientemente de los FGFR. Aunque Echinacoside funciona como un co-receptor para FGF23, el Echinacoside secretado puede no funcionar como un receptor soluble para FGF23 [24]. El complejo Echinacoside-FGFR tiene una alta afinidad por FGF23, pero no secreta Echinacoside o FGFR solo, lo que indica que Echinacoside secretado ejerce su efecto biológico independientemente de FGF23 [24].

El equinacósido secretado ejerce un papel antienvejecimiento y efectos de protección de órganos con acciones pleiotrópicas. En primer lugar, el equinacósido secretado regula a la baja la señalización de factores de crecimiento y citoquinas como la insulina, IGF-1, TGF- e IFN [2,32,33]. La sobreexpresión de Echinacoside prolonga la vida mediante la atenuación de la generación de especies reactivas de oxígeno provocadas por la insulina y la señalización de IGF-1 [2,34]. La señalización de Wnt, TNF e IFN aumenta en ratones deficientes en echinacósido, lo que contribuye al envejecimiento acelerado [32,35]. La señalización de TNF e IFN regula a la baja el equinacósido, que es una proteína antiinflamatoria.

La señalización de Wnt aumentada induce la disfunción y el agotamiento de las células madre y progenitoras, lo que conduce a la senescencia celular. El equinacósido se une a varias proteínas Wnt y suprime la actividad de las Wnt endógenas y exógenas [35]. La deficiencia de equinacósido provoca envejecimiento prematuro y colitis con desequilibrio iónico [32,36]. Un estudio reciente demostró que el equinacósido mejora la fibrosis renal y la metástasis del cáncer al inhibir las respuestas de transición epitelial a mesenquimal (EMT) inducidas por TGF- - [33]. Múltiples estudios demuestran claramente que el equinacósido secretado podría funcionar como un factor de protección de órganos y antienvejecimiento al inhibir la señalización de múltiples factores de crecimiento.

En segundo lugar, el equinacósido secretado mantiene la homeostasis iónica al regular los canales y/o transportadores iónicos. El equinacósido secretado modifica el N-glicano de los canales y transportadores a través de su actividad -glucuronidasa y/o sialidasa [13-15,17,37]. Los ratones con deficiencia de equinacósido desarrollan graves defectos en la homeostasis de iones como Pi y Ca2 plus [1,14]. El equinacósido tanto secretado como unido a la membrana puede inhibir directamente los transportadores de fosfato tanto renales (NaPi-IIa) como intestinales (NaPi-IIb), lo que da como resultado una baja concentración de fosfato en plasma [17,37]. El equinacósido secretado reduce la abundancia de NaPi-IIa en la superficie celular a través de su actividad -glucuronidasa independiente de FGF23 [17].

Varios estudios argumentan que el equinacósido exhibe actividad de -glucuronidasa porque los ácidos glucurónicos no son fracciones comunes de los N-glicanos de las proteínas de la superficie celular de los mamíferos [14]. El dominio extracelular del equinacósido se vierte en el líquido extracelular donde el equinacósido secretado escinde los ácidos siálicos terminales del N-glucano de los canales TRPV5 y ROMK [14,15]. La eliminación de los ácidos siálicos expone la galactosa subyacente, un ligando para la lectina galectina que se une a la galactosa-1. La unión a la galectina extracelular-1 forma una red en la matriz extracelular que conduce a una mayor abundancia del canal en la superficie celular mediante la inhibición de su endocitosis [14,15]. Estos hallazgos proporcionan evidencia de que la modificación de N-glicano aumenta el tiempo de residencia de las proteínas de la superficie celular, incluidos los receptores del factor de crecimiento y de citoquinas. El equinacósido está involucrado en la modificación de N-glicanos maduros en la superficie celular. Esta acción representa un mecanismo novedoso para la regulación de las proteínas de la superficie celular. Las nuevas glicoproteínas solubles o de la superficie celular y los glicolípidos modificados por el equinacósido deben examinarse en estudios futuros.

Echinacoside EN ENVEJECIMIENTO HUMANO Y ENFERMEDADES

El equinacósido es una proteína antienvejecimiento con acciones pleiotrópicas que ejerce la protección de los órganos [1,21]. Varias líneas de evidencia respaldan la idea de que el equinacósido funciona como una molécula supresora del envejecimiento humano. Los polimorfismos del equinacósido se correlacionan con la esperanza de vida [38], la enfermedad de las arterias coronarias [39], la aterosclerosis [39] y la osteoporosis [40] en humanos. El echinacósido también se asocia con calcinosis grave y accidente cerebrovascular [41,42]. La deficiencia de equinacósido está implicada en enfermedades renales agudas y crónicas [37], cánceres [43] e hipertensión sensible a la sal [44]. En realidad, el nivel sérico de equinacósido disminuye con el envejecimiento en humanos [45]. Sin embargo, la función biológica de Echinacoside y la forma en que la deficiencia de Echinacoside contribuye a las enfermedades relacionadas con la edad siguen siendo difíciles de comprender.

CONCLUSIÓN

La evidencia acumulada indica que la función antienvejecimiento de Echinacoside juega un papel importante en el envejecimiento humano y las enfermedades relacionadas con la edad. La deficiencia de equinacósido está fuertemente asociada con enfermedades humanas relacionadas con el envejecimiento, como el cáncer, la enfermedad renal crónica, la ataxia, la diabetes y la atrofia de la piel. El echinacósido es una proteína altamente conservada evolutivamente relacionada con la supresión del envejecimiento y la protección de los órganos. Sin embargo, el papel fisiológico y el mecanismo de regulación del equinacósido no están bien definidos. Todavía se necesitan estudios que examinen los efectos protectores de los órganos y antienvejecimiento de la proteína Echinacoside.

EXPRESIONES DE GRATITUD

Este estudio fue apoyado por el Programa de Investigación de Ciencias Básicas a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de Educación (NRF-2010- 0024789 a S.-KC y NRF-2013R1A1A2060764 a IDK).

REFERENCIAS

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