El hallazgo brinda interesantes perspectivas para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas de origen lisosomal como Niemann Pick tipo C. En la foto Diego de Mendoza, Bruno Hernandez-Cravero y Cecilia Vranych, parte del grupo de investigación que realizó la investigación.
El colesterol, una molécula con mala fama por ser uno de los principales factores de riesgo para enfermedades cardiovasculares, es, sin embargo, un nutriente esencial para el organismo humano. A nivel celular, cumple un rol estructural como componente de la membrana y también participa en la señalización de numerosos procesos. Además, es una molécula precursora para la síntesis de hormonas sexuales, de vitamina D y de varias sales biliares fundamentales en la digestión de las grasas. La importancia y diversidad de las funciones del colesterol hace que su balance y movilización en el organismo resulte importante para la salud, no solo a nivel cardiovascular sino también para el sistema nervioso. Incluso se ha podido demostrar que la causa de algunas enfermedades neurodegenerativas, como Niemann Pick tipo C, es el incorrecto transporte y consecuente acumulación del colesterol en las neuronas.
En este contexto toma relevancia una reciente investigación realizada por científicos y científicas de CONICET que aporta nueva información sobre los mecanismos que regulan el tráfico y la síntesis de colesterol y revela la implicancia de un tipo de moléculas denominadas endocannabinoides en estos procesos. ”Es un trabajo de mucha elaboración intelectual que, con técnicas muy sencillas, logra identificar una nueva vía por la cual los endocannabinoides y eventualmente los cannabinoides – ya que son moléculas muy parecidas- regulan el tráfico de colesterol, algo que no había sido reportado antes”, sostiene Diego de Mendoza, coordinador del estudio, director del laboratorio de Fisiología Microbiana en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR, CONICET-UNR) e investigador del CONICET.
Los endocannabinoides (eCBs), reciben este nombre por ser moléculas endógenas (producidas por el organismo) que interactúan con los mismos receptores del sistema nervioso que detectan al compuesto psicoactivo de la planta de marihuana, Cannabis sativa, el ya famoso THC o tetrahidrocannabinol. A diferencia del THC, los eCBs se sintetizan en las neuronas de todos los mamíferos, incluyendo los humanos. “Se sabe que los endocannabinoides regulan muchos procesos y afectan el estado de ánimo, el apetito y varias actividades cognitivas en humanos, pero no se sabía nada sobre la relación entre los endocannabinoides y el transporte de colesterol hasta que nuestro grupo comenzó a estudiarlo”, revela Bruno Hernandez-Cravero, becario doctoral del CONICET en el IBR y primer autor del trabajo.
Lo simple, lo complejo y la importancia del modelo
Los resultados de la investigación, publicados recientemente en la revista PLOS Genetics, fueron obtenidos a partir del trabajo con un organismo modelo, el pequeñísimo gusano llamado Caenorhabditis elegans. De Mendoza enfatiza la importancia de este hecho aclarando que hasta ahora, los estudios sobre el tráfico de colesterol habían sido realizados en células aisladas. “Trabajando con C. elegans pudimos investigar el efecto de los endocannabinoides en el contexto de un animal entero, es una escala de complejidad mayor”, explica.
Estos gusanitos de tan solo un milímetro de largo resultan una herramienta muy útil porque, aunque a simple vista no lo parezca, se asemejan bastante a los seres humanos: tienen neuronas, piel, intestino, músculos y otros tejidos que son similares en forma, función y genética.
Por este motivo, se los puede utilizar, incluso, para profundizar en el conocimiento de ciertas enfermedades humanas de origen genético. Si bien C. elegans normalmente no las padece, puede ser manipulado genéticamente en el laboratorio para generar organismos con mutaciones análogas a las que producen las patologías en los humanos. Estas líneas mutantes luego son utilizadas en experimentos que contribuyen a dilucidar los mecanismos moleculares que subyacen a una enfermedad y al diseño de estrategias terapéuticas.
Las personas que padecen la enfermedad Niemann-Pick tipo C portan una mutación en el gen denominado NPC-1 que afecta la función de una proteína involucrada en el transporte del colesterol. “Es como un Alzheimer en los niños y no tiene cura. El problema que genera es que el colesterol queda estancado en las neuronas”, detalla de Mendoza. En su laboratorio cuenta con líneas mutantes de C. elegans que llevan una mutación en los genes análogos a NPC-1 y que causan una alteración similar en el transporte de colesterol que genera la enfermedad en humanos. En estos gusanos se puede ver como la falla en el tráfico de colesterol provoca efectos deletéreos en el desarrollo, deteniendo su crecimiento.
La conexión con los endocannabinoides
En experimentos previos, de Mendoza y su equipo encontraron que ciertos ácidos grasos sintetizados por C. elegans eran necesarios para el transporte del colesterol. Inesperadamente descubrieron que esos ácidos grasos tenían que ser convertidos por el gusano en endocannabinoides, y que eran éstas las moléculas responsables del ingreso del colesterol a las células.
Para el trabajo recientemente publicado, el grupo de investigación eligió uno de los eCBs mejor caracterizados en humanos que interacciona con el receptor de THC, una molécula llamada 2-araquidonoil glicerol (2-AG). Diseñaron una serie de experimentos para evaluar el efecto de los eCBs en el desarrollo de los gusanos con mutaciones en los transportadores de colesterol, análogas a las que tienen las personas que padecen NPC-1. Como era de esperar, si los mutantes eran cultivados en un medio regular de crecimiento, su desarrollo quedaba arrestado y el crecimiento detenido. En cambio, si al medio de cultivo le agregaban 2-AG, observaban que los gusanos mutantes podían continuar con su desarrollo de forma normal. Esto demuestra que el endocannabinoide 2-AG lograba revertir el bloqueo del crecimiento causado por la mutación promoviendo la movilización del colesterol en C. elegans.
Con esta certeza, el grupo decidió avanzar en la investigación con el fin de identificar las vías de señalización que el 2-AG estimula para promover el tráfico de colesterol en estos gusanos. Pudieron comprobar que este endocannabinoide activa una ruta de señalización muy importante en animales denominada insulina/IGF-1. Esta vía está implicada en la liberación de neurotransmisores, en la modulación del flujo de iones en las neuronas sensoriales y en un nivel macro en la regulación del envejecimiento de los organismos.
Según explica Hernandez-Cravero, el endocannabinoide 2-AG actúa en las neuronas, estimulando la liberación de vesículas que llevan dentro moléculas que activan la vía de la insulina. A partir de esta vía el colesterol es transformado en una hormona que promueve el desarrollo de C. elegans. “El sistema eCB es complejo y muy difícil de simplificar. Este es uno de los pocos estudios que identifica una vía de acción del eCB y contribuye al entendimiento de cómo funciona este sistema en un organismo multicelular pero más sencillo que nosotros”, enfatiza.
Imágenes de microscopía de fluorescencia donde se ven gusanos de C. elegans que expresan una hormona promotora del desarrollo que deriva de la molécula de colesterol (ácido Dafacrónico) fusionada a la protéina fluorescente GFP. De esta manera puede observarse la localización de esta hormona en distintas condiciones de crecimiento y cómo la adición del endocannabinoide el 2AG inhibe su locación nuclear.
Proyecciones hacia el futuro
Los resultados obtenidos por el equipo liderado por de Mendoza abren nuevas expectativas y rumbos. El investigador de IBR revela que, por un lado, están interesados en probar en C. elegans el extracto de cannabis completo –que contiene una mezcla de distintos canabinoides- en vez de hacer los experimentos solo con el 2-AG. “El INTI nos proveerá de estos extractos que prepara para uso en investigación”, especifica. Otro enfoque en el que ya están trabajando será en colaboración con un grupo de Canadá, donde buscarán estudiar el efecto de los endocannabinoides en células aisladas de los pacientes que padecen la enfermedad Niemann Pick tipo C y ver si pueden mejorar el tráfico de colesterol en estas líneas celulares humanas.
Hernandez-Cravero destaca que este trabajo es muy importante para avanzar en el entendimiento preciso de cómo los cannabinoides actúan a nivel molecular. “Pese a la creciente discusión que se ha dado en los últimos años con respecto al cannabis medicinal, pocos estudios han demostrado cuales son las vías de señalización celular activadas por estos compuestos cannabinoides. Hemos dado un paso hacia adelante en ese sentido”, afirma.
“Todavía falta mucho, este es sólo el comienzo, hay muchas cosas que no sabemos aún” declara Diego de Mendoza, y agrega sonriente: “Este trabajo va a dar lugar a muchas tesis de doctorado”.
Por Elizabeth Karayekov
Comunicación IBR
Referencia bibliográfica
Hernandez-Cravero B, Gallino S, Florman J, Vranych C, Diaz P, Elgoyhen AB, et al. (2022) Cannabinoids activate the insulin pathway to modulate mobilization of cholesterol in C. elegans. PLoS Genet 18(11): e1010346. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010346
