Nueva aproximación al AMPK contra la obesidad

Con la obesidad reconocida como una epidemia, la carrera por desarrollar fármacos que ayuden a tratar la enfermedad no baja el ritmo. Por desgracia, hasta la fecha todas las alternativas que están presentes en el mercado resultan incompletas, cuando no un total fracaso.

De todas formas, que eso no sea motivo para desistir, sino para aprender y tratar de mejorar. El tema de la obesidad es más complejo de lo que parece y muchos quieren hacer creer. Es necesario un estudio y revisión constante, así como tratar de atacar el problema desde diferentes frentes.

Supongo que con una motivación similar se acercó el grupo de Ali Tavasoli al tema cuando planteó el estudio que ha sido ahora publicado en Chemistry & Biology. En este, el grupo describe una nueva molécula capaz de afectar el ciclo energético de las células, “engañándolas” para consumir más energía.

Antes de explicar cómo logran hacer esto, un poco de contexto.

Cuando se entra en déficit calórico, las células recurren a la energía almacenada en el cuerpo para funcionar. A corto plazo, esta energía proviene principalmente del glucógeno muscular y hepático. Si se mantiene este déficit, el cuerpo comienza a generar energía a partir de la grasa. Esto es, básicamente, lo que interesa cuando se tiene sobrepeso.

Para que las células sean capaces de utilizar la energía, uno de factores que debe estar activado es el AMPK.

Estructura de la «proteín quinasa activada por AMP», o AMPK

En la regulación de la homeostasis energética de las células (a.k.a. «producción energética») el AMPK juega un papel determinante. Presente en una gran cantidad de tejidos del cuerpo, esta enzima participa en multitud de procesos relacionados con la producción de energía, como la absorción de glucosa 1, la oxidación de ácidos grasos 2 o la biogénesis mitocondrial 3.

No es de extrañar que se dispare pues durante el ejercicio físico 4,5.


AVISO DE SPOILER: LAS PRÓXIMAS LÍNEAS CONTIENEN ALTAS DOSIS DE NERDISMO.

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Para generar energía las células requieren ATP. El precursor inicial de este nucleótido es el IMP, décimo y último paso de la biosíntesis de purina. Durante este proceso se generan multitud de subproductos, pero de especial interés ahora es el AICAR, penúltimo derivado de esta vía metabólica.

Síntesis de IMP

Síntesis de IMP

Como se ve en la imagen, para que la síntesis se complete, otra enzima, ATIC, actúa como catalizador, permitiendo el último paso de AICAR a IMP. Uno de los subproductos generados durante la finalización del proceso es el ZMP.

Es interesante mencionar que gracias a la acumulación de ZMP durante la síntesis de IMP, AICAR tiene la particularidad de poder activar el AMPK. A modo de curiosidad, hace años se estudió la posibilidad de administrar AICAR por vía intravenosa como alternativa terapéutica, dada su acción sobre el AMPK, pero se desestimó rápidamente debido a la corta vida media que presenta y al aumento de ácido láctico y ácido úrico que produce.


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Lo que este grupo propone en su estudio es una forma alternativa para activar el AMPK: incrementar los niveles intracelulares de ZMP mediante la inhibición de ATIC.

El resultado de esta inhibición sugiere al organismo que no hay recursos para utilizar como energía inmediata, por lo que debe hacer uso de las reservas que posee.

La inhibición de ATIC causa un eumento intracellular de ZMP que activa el AMPK y sus respectivas cascadas metabólicas (adaptado de Asby et al., 2015)

La inhibición de ATIC causa un eumento intracellular de ZMP que activa el AMPK y sus respectivas cascadas metabólicas (adaptado de Asby et al., 2015)

Para ello, utilizaron dos grupos de ratones. A uno se les sometió a una dieta estándar, a otro, a una dieta obesogénica que propicia el desarrollo del equivalente al síndrome metabólico (incremento de adiposidad, altos niveles de glucosa en sangre, baja respuesta a la insulina, etc).

A ambos grupos se les inyectó por vía intraperitoneal bien el inhibidor, bien suero salino, todos los días durante una semana.

El análisis de los resultados mostró que los ratones obesos tratados con el inhibidor presentaban una reducción de los niveles de glucosa en sangre, un nivel de tolerancia a la glucosa similar al de los animales control y una pérdida de peso de hasta el 5%. Por su parte, los ratones que siguieron una dieta normal no vieron sus variables afectadas.

Con todas las limitaciones que tiene traspasar resultados de estudios animales a humanos (y ya ni hablar de proponerlos para ensayos clínicos), es interesante ver cómo cada vez más se van descubriento los mecanismos de acción de factores y componentes tan cruciales en la homeostasis energética como es el AMPK.

Desde luego, este estudio no hará que se patente el inhibidor y se empiece a vender como fármaco anti obesidad, pero para mí aporta información importante sobre otra aproximación a potenciales dianas moleculares implicadas posiblemente, de una forma u otra, en esta enfermedad.

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Referencia:

Asby DJ, et al. AMPK Activation via Modulation of De Novo Purine Biosynthesis with an Inhibitor of ATIC Homodimerization. Chem Biol, 2015; 22: 838-848. doi:10.1016/j.chembiol.2015.06.008

Genética de la anorexia: el ERRα

En relación a la entrada reciente sobre el ERRγ y su papel en el metabolismo energético, un nuevo artículo se hace eco de la importancia de este receptor en procesos relacionados con la ingesta y la conducta de comer. En esta ocasión, en cambio, se trata de la variante alfa de la proteína.

El ERRα es un factor de transcripción que hace un par de años se relacionó con el riesgo de padecer trastorno alimentario en humanos. El grupo dirigido por Michael Lutter encontró que pacientes con anorexia nerviosa presentan una mutación que reduce la actividad de esta proteína en varias regiones afectadas en la enfermedad 1.

Se sabe que, de manera similar a lo que ocurre con ERRγ, la variante alfa aumenta en el hipocampo tras el ejercicio físico 2, y también que participa en importantes procesos metabólicos 3. Sin embargo, se conoce poco más acerca de su papel en el cerebro.

El artículo de hoy, firmado por Huxing Cui y colaboradores, demuestra que los niveles de ERRα están regulados por el estatus energético del organismo y que su deficiencia promueve la alteración de la conducta social y la motivación de ingesta, en tanto que una restricción calórica del 60% no fue suficiente para hacer que ratones carentes de este receptor trabajaran más por obtener comida.

Mutaciones en el gen ERRalpha se han relacionado con el riesgo de padecer trastornos alimentarios. En ratones, la pérdida de este receptor provoca la aparición de conductas típicas de la anorexia nerviosa (Fuente: Cui et al., 2015)

Mutaciones en el gen ERRα se han relacionado con el riesgo de padecer trastornos alimentarios. En ratones, la pérdida de este receptor provoca la aparición de conductas típicas de la anorexia nerviosa (Fuente: Cui et al., 2015)

Tras analizar los cerebros de los ratones, los autores encontraron niveles significativamente reducidos de actividad de en las cortezas cingulada, prefrontal orbitofrontal y prelímbica, regiones todas cuya actividad se ha visto alterada en pacientes con anorexia 4,5.

Este fenotipo recuerda de manera notable a la conducta desplegada en muchos casos de anorexia, en la que la interacción social se ve significativamente mermada y un estado crónico de déficit energético no es suficiente para iniciar la conducta de comer.

La restricción calórica dispara la motivación por las comidas de alto contenido calórico, lo que provoca que los individuos estén dispuestos a trabajar más y más duro por obtener alimentos de esas características. Es interesante mencionar que no hace mucho se publicó otro artículo que describía cómo el cerebro de ex-anoréxicas responde de manera diferente al hambre 6. En él se demostraba que aun en remisión, la intensidad del refuerzo que supone la comida estando hambriento es menor que en sujetos control.

El artículo no se adentra en posibles mecanismos moleculares, pero podría ser que ERRα tuviera algo que ver en esta diferencia.

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Referencia:

Cui H, et al. Behavioral Disturbances in Estrogen-Related Receptor alpha-Null Mice. Cell Reports, 2015; doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.03.032

A Ras de regulación circadiana

Seguro que alguna vez te has dicho «ojalá hoy durase más horas». Yo por lo menos sí. Muchas veces. Pero luego pienso en cómo los humanos estamos configurados para funcionar en ritmos de 24 horas y los problemas que acarrea la desregulación circadiana. Una burda estrategia de racionalización, lo reconozco, pero no por ello menos cierto.

La mayoría de procesos en nuestro organismo siguen un patrón de actividad cíclica. Todas las células del cuerpo contienen un reloj interno que funciona bajo regulación circadiana. Aparte, existe una suerte de reloj maestro, el núcleo supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo. La función principal de este órgano regulador es la de indicar la duración del ciclo. En los humanos, como en otras especies, este ciclo está programado por defecto para durar aproximadamente 24 horas. Es lo que se conoce como ciclo circadiano.

Subnúcleos del hipotálamo, entre donde los que se encuentra el NSQ

Subnúcleos del hipotálamo, entre donde los que se encuentra el NSQ

Para mantener esta regulación en funcionamiento, el NSQ se apoya en diversas claves, tanto internas (comida) como externas (luz). La presencia de estos estímulos ejerce un impacto a nivel molecular que activa diversas proteínas e inicia una cascada de complejas interacciones que resulta en la actividad regulatoria del reloj interno. Muchos de estos elementos se conocen, pero otros muchos, así como el papel que juegan en este proceso, están todavía por descubrir.

Esquema con diversos componentes moleculares que participan en la regulación circadiana de las células

Se ha dado un paso adelante a este respecto con un trabajo que demuestra la participación de la proteína Ras. En concreto, parece que esta proteína contribuye al inicio del cambio de fase ante la presencia de la luz.

El trabajo, publicado en Molecular Neurobiology por el equipo del Dr. Rolf Heumman contiene una serie de experimentos que describen cómo Ras está presente en esta cascada de señalización circadiana, con niveles en el NSQ elevados durante el día y reducidos durante la noche.

Otro resultado que observaron los investigadores es que esta proteína aumenta su actividad incluso ante exposiciones de luz breves durante la noche. Que la actividad de Ras está implicada en el cambio de ciclo es un factor más a favor de las advertencias acerca de dejar el ordenador, el móvil o los ladrones con interruptor alejados a la hora de acostarse.

El trabajo del grupo de la Universidad Ruhr de Bochum establece además una relación entre Ras y la GSK3β, una de las enzimas cuya participación en la regulación circadiana se conoce de hace tiempo. La GSK3β ejerce su acción sobre el mecanismo de feedback CLOCK-BMAL1, y su alteración ha sido relacionada con diversas alteraciones conductuales.

El complejo induce la transcripción de Per, Cry, y Rev-erb a través de la región promotora E-Box. Además, el dímero participa en funciones de regulación génica a través de la regulación de SIRT1 mediante la activación de la enzima NAMPT . La importancia de GSK3β recae en su papel fosforilador, el cual permite activar este conjunto, que  funciona como mecanismo de feedback negativo necesario para la regulación del sistema (Fuente: Tarragon y Miquel, 2011).

El complejo induce la transcripción de Per, Cry, y Rev-erb a través de la región promotora E-Box. Además, el dímero participa en funciones de regulación génica a través de la regulación de SIRT1 mediante la activación de la enzima NAMPT . La importancia de GSK3β recae en su papel fosforilador, el cual permite activar este conjunto, que funciona como mecanismo de feedback negativo necesario para la regulación del sistema (Fuente: Tarragon y Miquel, 2011).

El descubrimiento de otros elementos que afectan a la actividad de esta enzima no sólo ayuda a explicar el funcionamiento del mecanismo fisiológico, sino que se transforma automáticamente en un factor a tener en cuenta en el desarrollo de posibles estrategias de intervención para trastornos relacionados con la regulación circadiana, entre ellos el trastorno bipolar.

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Referencia:

Serchov T, et al. Ras Activity Oscillates in the Mouse Suprachiasmatic Nucleus and Modulates Circadian Clock Dynamics. Mol Neurobiol, 2015; doi: 10.1007/s12035-015-9135-0

La pastilla adelgazante española

El título de la entrada de hoy parafrasea el tuit de @centinel5051, que enlazaba el artículo que vengo a tratar hoy.

Investigadores del CNIO (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas) han desarrollado un fármaco que logra, tanto en ratones como en primates no humanos, reducir la obesidad y mejorar el perfil de síndrome metabólico de manera estable, reversible y sin la aparición de efectos adversos incluso a largo plazo.

El trabajo, publicado en Cell Metabolism, compila una buena serie de experimentos en los que se pone a prueba la efectividad de dos inhibidores de PI3K, una familia de enzimas responsable de la formación de fosfatidilinositol (3,4,5) trifosfato (o PIP3).

Hasta ahora, diversas líneas de investigación han relacionado la actividad de las PI3K en procesos vinculados al envejecimiento, la regulación energética, la salud cardiovascular o la respuesta inmunológica 1, con beneficios para la salud hallados principalmente tras la reducción en la actividad de estas enzimas.

pi3ki

Esquema del papel de PI3K y PI3Ki. Arriba, PI3K fosforila PIP2 para formar PIP3 y dar comienzo a una cascada de señalización a través de la Akt, la cual fomenta marcadores de crecimiento tumoral como mTOR y NK-kB e inhibe, entre otras, enzimas implicadas en la regulación energética, como GSK3b. Abajo, la administración de CNIO-PI3Ki inhibe la actividad de PI3K, lo que evita la creación de PIP3, la consiguiente reducción de Akt y así, la disminución en la actividad de mTOR y NF-kB y la estimulación de Fox01 y GSK3b.

Este fue el punto de partida desde el que se adentraron los investigadores del CNIO a estudiar si estos efectos sobre la salud se obtienen también tras la inhibición farmacológica de PI3K. Esto resulta especialmente relevante si se pretende plantear la aplicabilidad clínica de un compuesto.

El trabajo se realizó en varias fases. En un primer momento, se asignó aleatoriamente un tratamiento con vehículo o uno de dos inhibidores, CNIO-PI3Ki o GDC-0941, a dos grupos de ratones: control, bajo una dieta estándar, y ratones con obesidad inducida por dieta alta en grasas (44% más de peso).

Los resultados son, sencillamente, espectaculares.

Tras una sola administración por vía intragástrica se logró un aumento en marcadores de termogénesis en tejido adiposo marrón (a.k.a. «aumento de metabolismo») y una reducción de la glucosa en sangre en ayunas hasta niveles normales. Estos efectos se produjeron a partir de una hora post administración intragástrica y un pico de actividad máxima las 6 y 2 horas, respectivamente. No se observó ninguna diferencia entre ratones 24 horas después de la administración en ninguna de las dos variables, lo que indica una eliminación del compuesto del organismo.

Una segunda fase fue el tratamiento a corto plazo. Durante diez días se administró diariamente CNIO-PI3Ki por vía intragástrica. Al final de este periodo se observó una disminución de la obesidad (reducción de tejido adiposo) hasta un nivel similar al de ratones control,  en los cuales no se observó ninguna consecuencia por la administración del inhibidor.

Es interesante señalar que esta reducción se produjo a pesar de no ocurrir cambios en la cantidad ni calidad de las dietas (estándar vs. alta en grasas).

fig2e

Reducción de peso y tejido adiposo tras el tratamiento con CNIO-PI3Ki. A) Diagrama con el programa de administración; B) Media de ingesta durante los días de tratamiento; C) Cambio en el peso corporal relativo al día 0, durante (izq.) y el último día de tratamiento (dcha.); D) Niveles de glucosa en sangre al final del tratamiento (Fuente: Ortega-Molina et al., 2015)

Otro de los aspectos importantes que se investigaron en este trabajo fue la acumulación de grasa visceral y hepática. Como en el resto de variables, el tratamiento con CNIO-PI3Ki redujo significativamente los niveles de esteatosis y adiposidad visceral con respecto a los ratones tratados con vehículo.

La tercera fase fue una repetición de la anterior, modificando la forma de administración  y la duración del tratamiento. En esta ocasión, se disolvió el inhibidor en la bebida de los animales a una concentración similar a la dosis administrada anteriormente por vía intragástrica.

No hubo signos de hepatotoxicidad a los dos meses y medio de finalizar el tratamiento. Por su parte, la pérdida de peso se estabilizó a los cincuenta días de tratamiento en un 20% menos con respecto a los ratones que sólo bebían agua, habiéndose alcanzado de forma progresiva y a ritmo constante.

Como en el experimento de corta duración, no hubo cambios en la cantidad de comida ingerida diariamente por los ratones, ni tampoco, como en el estudio anterior, pérdida de masa magra.

Reducción de la obesidad tras tratamiento a largo plazo. Representación gráfica del peso corporal durante los dos meses y medio que duró el tratamiento (izq.) y el peso corporal al final del tratamiento (dcha.) (Fuente: et al., 2015)

Reducción de la obesidad tras tratamiento a largo plazo. Representación gráfica del peso corporal durante los dos meses y medio que duró el tratamiento (izq.) y el peso corporal al final del tratamiento (dcha.) (Fuente: Ortega-Molina et al., 2015)

Otras mejoras en marcadores de salud se observaron en los ratones obesos bajo tratamiento. En concreto, se produjo una reducción en los niveles de leptina, triglicéridos, colesterol e IL-6, un marcador de respuesta inflamatoria.

Estos resultados son significativos ya de por sí. Pero por si fuera poco, todavía hay más.

Hasta ahora, los experimentos implicaban ratones normales, cuya diferencia de peso viene dada por una dieta diferente. Sin embargo, cuando se replicó en ratones genéticamente carentes de leptina, se obtuvo un resultado similar. Es importante señalar esto porque la obesidad desarrollada en este modelo deriva de la sobreingesta, no del tipo de dieta que se sigue.

Pero quizá lo más relevante de este trabajo sea que todos estos efectos ocurren también en primates no humanos. Igual que en los ratones mutantes y los sometidos a una dieta hipercalórica, el tratamiento a largo plazo con dosis baja de CNIO-PI3Ki redujo la obesidad gracias a la pérdida de grasa y se mejoraron los marcadores de síndrome metabólico (adiposidad, glucemia, sensibilidad a la insulina, salud cardiovascular). Ni durante el tratamiento, ni a las doce semanas de su finalización, se observó síntoma alguno de toxicidad o disconfort en la conducta de los sujetos con el inhibidor.

Otro aspecto positivo a tener en cuenta es la reversibilidad de los efectos. Aunque pueda parecer que no es así y lo que se busque sea un resultado a largo plazo, que la ausencia de tratamiento provoque un nuevo aumento de peso y la vuelta a una bioquímica patológica es síntoma de que la medicación no está modificando el metabolismo de manera irreversible. Lo cual desde el punto de vista toxicológico es muy positivo, ya que sugiere (y en este caso, demuestra) que no existe acumulación ni toxicidad tras el uso continuado.

No es la primera vez que se trata de desarrollar un fármaco contra la obesidad. Sin embargo, parece que este cumple con todos los requisitos para, de verdad, ser un candidato con futuro para la comercialización. Funciona en primates no humanos, obtiene unos resultados estables y robustos, y no presenta efectos adversos. Todo esto con una administración oral y una dosis baja que no muestra toxicidad asociada al consumo continuado.

Estoy deseando ver por dónde sigue. Desde luego, no debería interpretarse, en mi opinión, como el hallazgo de una pastilla mágica que te hace adelgazar a pesar de que comas porquería (aunque parece que así es). En la mayoría de casos, la obesidad es consecuencia de malos hábitos alimentarios, y la educación nutricional debe ser la primera línea de fuego contra este trastorno. Sin embargo, si fuera así de fácil no estaríamos donde estamos.

La obesidad es un fenómeno complejo que en muchísimos casos no se puede afrontar únicamente con modificación de conducta. A veces es necesario algo más. Para estos casos, así como para los trastornos asociados (entre ellos, el síndrome metabólico) la posibilidad de acceder a este tipo de fármacos es muy, muy prometedora.

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Referencia:

Ortega-Molina A, et al. Pharmacological Inhibition of PI3K Reduces Adiposity and Metabolic Syndrome in Obese Mice and Rhesus Monkeys, Cell Metabolism (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2015.02.017