La fosfatidilcolina (PC), fue uno de los primeros anfífilos biológicos en ser descubierto (Gobley, 1874). El descubrimiento de la PC se vio facilitado por la combinación de su fácil disolución en cloroformo y su gran abundancia. En la primera mitad del siglo XX quedó claro que el PC formaba una parte grande e importante de las membranas. Esto condujo a un considerable esfuerzo de investigación para dilucidar sus propiedades biofísicas (Chapman et al., 1977; Eliasz et al., 1976; Salsbury et al., 1970). Esta investigación se produjo al mismo tiempo que el advenimiento del modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana (Singer & Nicolson, 1971, 1972), lo que condujo a una opinión generalizada de que este lípido era un bloque de construcción celular, análogo a los ladrillos de arcilla cocida utilizados para construir casas.
Este punto de vista empezó a cambiar cuando se descubrió que el PC es un lípido de almacenamiento de residuos de araquidonilo (Bills & Silver, 1975; Kramer & Deykin, 1983; Ziboh & Lord, 1979). Estas observaciones fueron sorprendentes porque sugirieron por primera vez que la PC tiene un papel en procesos que no son exclusivamente físicos. En este caso, ciertos ácidos grasos de la PC se utilizan en las vías de prostaglandina que están detrás de las respuestas (Bills & Silver, 1975; Ziboh & Lord, 1979). Aquí, revisamos varios avances recientes han ampliado la noción de que la PC no es sólo un tipo de ladrillo celular.
Un ejemplo recientemente descubierto de esto es la relación entre la PC y los receptores activados por el proliferador de peroxisomas (PPARs). Los PPAR son proteínas receptoras nucleares que tienen funciones reguladoras en la expresión de los genes y son cada vez más populares como objetivos farmacológicos. Chakravarthy et al. (2009) han descubierto que una isoforma común (especie molecular) de PC, la 1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicerol-3-fosfocolina (16:0/18:1 PC, POPC), sirve como ligando endógeno para el receptor nuclear PPARα en los hepatocitos. PPARα es un factor de transcripción que regula la expresión de muchos genes que gobiernan el metabolismo de los lípidos (Kersten, 2014).
La expresión génica que surge de la activación de PPARα se reduce cuando se inactiva la sintasa de ácidos grasos (FAS) o la enzima biosintética de PC CEPT1, ambas necesarias para la presencia de POPC. Además, se descubrió que los agonistas establecidos de PPARα compiten con el POPC en su unión. La interacción de POPC con los otros PPARs fue mucho más débil (PPARδ) o incluso ausente (PPARγ). La inyección de POPC en la vena porta hepática de sujetos vivos (ratones) durante varios días fue seguida por un aumento de la expresión génica dependiente de PPARα y una disminución de la esteatosis hepática (Chakravarthy et al., 2009). Estos resultados son sorprendentes porque implican que lo que parece ser una isoforma más bien ordinaria de PC, bien conocida como lípido estructural, es capaz de influir en la expresión génica en los mamíferos con una estrecha especificidad. La observación del POPC como molécula de señalización se ve respaldada por su abundancia relativamente baja en el hígado.
La especificidad de este sistema resulta aún más sorprendente a la luz de un estudio de otro PPAR. Se descubrió que el receptor nuclear de hepatocitos PPARδ controla una vía lipogénica en el hígado que regula la captación de ácidos grasos y la β-oxidación por parte del músculo. Liu et al., identificaron la 1-estearoil-2-oleoil-sn-glicerol-3-fosfocolina (18:0/18:1 PC, SOPC) como el lípido sérico regulado por la actividad PPARδ hepática diurna (Liu et al., 2013). Por lo tanto, la SOPC, pero no la POPC, produce una reducción de los niveles postprandiales (después de comer) de triglicéridos y aumenta la utilización de los ácidos grasos a través de los receptores PPARα en las células musculares.
Tomadas en conjunto, estas funciones de señalización de la POPC y la SOPC muestran no solo que al menos dos especies moleculares de PC están implicadas en aspectos relacionados pero distintos del metabolismo de las grasas, sino que también sugieren que las proteínas implicadas, es decir.es decir, la PPARα hepática y un efector ascendente de la PPARα muscular (o posiblemente la propia PPARα muscular), son lo suficientemente específicas como para poder distinguir entre isoformas de PC tan similares como la SOPC y la POPC.
Investigaciones recientes sobre el homólogo humano del receptor hepático 1 (LRH-1), responsable de regular la biosíntesis de los ácidos biliares, revelaron otro ejemplo de una especie molecular específica de PC que sirve de agonista. La activación del LRH-1 del di-lauroil PC (di-C12:0 PC, DLPC) fue aproximadamente el doble que la del di-caproil PC (di-C10:0 PC) y cuatro veces la del di-miristoil PC (di-14:0 PC). El dipalmitoil PC (di-16:0 PC, DPPC) no activó el receptor en absoluto (Lee et al., 2011). La mayor actividad fue inducida por el di-undecanoil PC (di-C11:0 PC, DUPC), sin embargo se espera que el agonista para este receptor in vivo sea el DLPC. El DLPC y el DUPC no activaron el PPARα. La espectrometría de masas mostró el desplazamiento de los lípidos de Escherichia coli por la DLPC en el dominio de unión a lípidos de LRH-1 expresado heterológicamente (en E. coli), pero no por la DPPC. Los ensayos in vivo (murinos) demostraron que la DLPC administrada afectaba a la expresión de los genes diana de la LRH-1 y reducía los triglicéridos hepáticos y la glucosa sérica. El tratamiento con DLPC de ratones resistentes a la insulina disminuyó la esteatosis hepática y mejoró la homeostasis de la glucosa. Esto se vio respaldado por la observación de que tanto los efectos antidiabéticos como los lipotrópicos se pierden en los knockouts de Lrh-1 específicos del hígado. Este trabajo demostró la existencia de una vía de señalización de la fosfatidilcolina dependiente de LRH-1 que regula el metabolismo de los ácidos biliares y la homeostasis de la glucosa.
Musille et al. (2012) se basaron en el trabajo de Lee et al., explorando la estructura de LRH-1 cuando se une a DLPC y otros lípidos y cuando no se une, utilizando datos cristalográficos. Este trabajo reveló que LRH-1 sufre cambios conformacionales en respuesta a la unión de un ligando lipídico que dependen de la composición de ácidos grasos del lípido. Además, la actividad del DLPC sobre la LRH-1 se describe como un agonista típico, en el sentido de que potencia el reclutamiento de coactivadores y desfavorece la unión de represores. Esto contribuye a la importancia de LRH-1 como objetivo terapéutico. Una cuestión destacada que plantean estos estudios, y que probablemente requiera un enfoque interdisciplinar, es el mecanismo molecular por el que las proteínas de los receptores nucleares se unen a sus ligandos particulares de PC.
También hay pruebas de al menos dos funciones distintas para la PC en la transducción de la insulina (Ersoy et al., 2013; Sakai et al., 2014). La proteína de transferencia de fosfatidilcolina (PC-TP, también conocida como StARD2), con su capacidad de intercambiar moléculas de PC entre bicapas lipídicas, es el prototipo de proteína de unión a lípidos específica de la PC. Aunque esta proteína se consideró en un primer momento como un transportador de lípidos entre membranas, pruebas más recientes indican que el papel principal de la PC-TP es el de sensor de lípidos. Ersoy et al. (2013) inhibieron la PC-TP con la pequeña molécula A1 y observaron un aumento de las concentraciones en estado estacionario del sustrato del receptor de insulina 2 (IRS2). A1 es una sulfonamida (Shishova et al., 2011) que desplaza las moléculas de PC del sitio de unión de PC-TP. El IRS2 es un importante efector de la señalización de la insulina que se atenúa en la diabetes. No está claro si la naturaleza de las especies moleculares de PC unidas a la PC-TP desempeña un papel, sin embargo, trabajos anteriores de Kasurinen et al. (1990) mostraron que la afinidad de la PC-TP por la PC aumentaba con el número de enlaces insaturados en el ácido graso sn-2.
Las PC saturadas pueden estar indirectamente implicadas en la regulación de la homeostasis de la glucosa al proporcionar sustrato para la diglicérido quinasa delta (DGKδ) que regula la captación de glucosa en las células musculares. La expresión de DGKδ se reduce en la diabetes tipo 2, y se ha demostrado que la deficiencia de DGKδ causa resistencia a la insulina (Chibalin et al., 2008). DGKδ fosforila los diglicéridos (DG) para dar ácido fosfatídico (AF); en la actualidad no está claro si una acumulación de DG o la falta de AF causa el defecto. Sakai et al. (2014) informaron de que los diglicéridos afectados suelen contener residuos de ácido palmítico (16:0). Este proceso depende de la fosfolipasa-C específica de PC (PC-PLC), ya que la adición de un inhibidor de esta lipasa, D609, redujo significativamente la actividad de DGKδ estimulada por la glucosa. Esto sugiere que los productos de glicéridos de la actividad de la PC-PLC son necesarios para la actividad de la DGKδ, lo que se ve apoyado por la observación de que la PC-PLC co-inmunoprecipita con la DGKδ, lo que sugiere que las dos proteínas son adyacentes in vivo asegurando que la disponibilidad de sustrato para la DGKδ es alta (Sakai et al., 2014). Esto es importante porque estos glicéridos que contienen palmitoilo son distintos de las isoformas poliinsaturadas de DG que suelen proceder de otras fuentes. La evidencia de la conversión de PC en DG y de ahí en PA plantea una pregunta sobre cómo estos cambios afectan al comportamiento físico local de la membrana. Se sabe desde hace tiempo que la conversión de PC en DG tiene una influencia física en los sistemas de membrana (Riske & Döbereiner, 2003) (véase Goñi et al., 2012, para una revisión), pero no está inmediatamente claro cuáles podrían ser los efectos in vivo.
Una isoforma única de PC, la 1-oleoil-2-palmitoil-sn-glicerol-3-fosfocolina (OPPC) ha sido implicada en la compartimentación funcional de la membrana plasmática de las neuronas (Kuge et al., 2014). Las pruebas experimentales se basan en gran medida en un anticuerpo monoclonal que reconoce específicamente las (liso)PC con ácido oleico instalado en la posición sn-1 en la membrana plasmática neuronal. Los datos sugieren que la remodelación de la cadena acil de PC estimulada por el NGF genera OPPC localmente, un proceso catalizado por una fosfolipasa A1 y una aciltransferasa enriquecida en las puntas de los axones en desarrollo. Kuge et al. (2014) proponen que la OPPC atrae a un subconjunto de proteínas integrales de membrana y, por tanto, define un compartimento de membrana en la membrana plasmática neuronal presináptica.
Estos hallazgos recientes muestran que las isoformas de PC tienen papeles fundamentales en las células de mamíferos que no están directamente relacionados con el papel de la PC como componente estructural principal de las membranas biológicas. Estas funciones incluyen la regulación de los genes y el control homeostático de la concentración de glucosa en el suero. En particular, la especificidad de las isoformas de PC en estos procesos es bastante clara, ya que los receptores son capaces de diferenciar entre PC con diferentes residuos de ácidos grasos. Esto invita a especular que las enzimas responsables de producir PCs están implicadas no sólo en la dirección de las propiedades físicas de las membranas de los mamíferos, sino también en algunas de las actividades metabólicas más fundamentales del organismo.
Esta evidencia de que la PC tiene un papel biológico importante que puede ser bastante independiente de su función estructural llega al mismo tiempo que los indicios de que los inositidos, lípidos que se creían exclusivamente lípidos de señalización o sus precursores en eucariotas, pueden tener un fuerte impacto físico en las membranas (Furse, 2015; Zhendre et al., 2011). Esto apoya la noción de que las clases de fosfolípidos tienen más de una función in vivo, y sugiere que no es posible predecir cuál será la función final de una determinada isoforma de fosfolípido, ya que ahora hay varios ejemplos de lípidos que tienen una estructura muy similar pero que muestran una considerable diferencia en la bioactividad.
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