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La vía de Ras




  1. Sistema renal
  2. Sistema renina-angiotensina-aldosterona
  3. Proteínas Ras

1. SISTEMA RENAL

1.1. ANATOMÍA DEL SISTEMA RENAL

1.1.1. RIÑÓN

Los riñones son dos órganos de color pardo-rojizo situados retroperitonealmente en la parte dorsal del abdomen, a cada lado de la columna vertebral. Los riñones están recubiertos por una cápsula de tejido fibroso.

El parénquima renal puede dividirse en dos zonas: corteza en la parte externa y médula en la parte interna. La corteza cubre la base de cada una de las unidades cónicas de la médula, denominadas pirámides medulares, cuyo ápice se prolonga en la pelvis renal dando lugar a la papila. Un examen macroscópico permite distinguir que la corteza tiene un aspecto ligeramente granular que no se observa en la médula.

Cada pirámide medular puede dividirse en una zona exterior, adyacente a la corteza, y una zona interior que incluye la papila (Bulger y Doyban, 1982). Las estrías que aparecen en las pirámides corresponden con la porción tubular de las nefronas. La estructura general del riñón se observa en la figura 1.

Figura 1: Estructura general del riñón. (Modificado de Netter, 2003.)

1.1.2. NEFRONA

La unidad funcional del riñón es la nefrona, compuesta por un corpúsculo renal donde se produce la filtración del plasma sanguíneo, y un sistema tubular donde el líquido filtrado es convertido en orina en su camino hacia la pelvis renal.

Se distinguen dos tipos de nefronas. Las nefronas yuxtamedulares tienen el glomérulo cerca de la médula renal y presentan un asa de Henle larga, fundamentalmente a expensas de la porción estrecha, que se encuentra profundamente extendida dentro de la médula. Las nefronas que tienen el glomérulo cerca de la superficie del riñón o nefronas corticales, funcionan de manera muy similar a como lo hacen las yuxtamedulares, aunque no tienen largos segmentos delgados de sus asas de Henle.

El riñón está irrigado por la arteria renal, que procede de la aorta abdominal. La arteria renal se bifurca en arteria dorsal y ventral, subdividiéndose en ramas de menor calibre: interlobulares, arciforme, interlobulillares, hasta la arteriola aferente. En condiciones normales se filtra el 20% del plasma que llega al corpúsculo renal, el resto abandona el glomérulo o red de capilares por la arteriola eferente que se subdivide en capilares peritubulares distribuidos por todas las porciones del túbulo. Estos capilares se reúnen en un sistema venoso paralelo al arterial, que finalmente forma la vena renal por la cual sale la sangre del riñón (Beeuwkes, 1980).

CORPÚSCULO RENAL

El corpúsculo renal o de Malpighi está compuesto por el glomérulo capilar y la cápsula de Bowman que lo recubre (figura 2). Existe un espacio dentro de la cápsula, espacio de Bowman, hacia donde pasa el líquido filtrado procedente del glomérulo. La barrera de filtración del corpúsculo renal o membrana glomerular, consta de tres capas: el endotelio de los capilares glomerulares, la membrana basal y una capa de células epiteliales especializadas con fenestraciones. La membrana basal es una red compuesta principalmente por glicoproteínas y mucopolisacáridos. Las células epiteliales que descansan sobre la membrana basal son muy diferentes de las células simples y aplanadas que revisten el resto de la cápsula de Bowman y se denominan podocitos, tienen gran número de extensiones podálicas o pedicelos integradas en la membrana basal. Las hendiduras entre pedicelos adyacentes constituyen la vía de paso del filtrado, que una vez atraviesa las células endoteliales y la membrana basal, penetra en el espacio de Bowman y desde allí pasa a la primera porción del túbulo proximal (Berne y Levi, 2001).

Figura 2: Sección longitudinal de un corpúsculo renal y del aparato yuxtaglomerular. 1) Arteriola aferente. 2) Arteriola eferente. 3) Capilares glomerulares. 4) Músculo liso vascular. 5) Células yuxtaglomerulares. 6) Lacis. 7) Mácula densa. 8) Túbulo distal. 9) Podocitos. 10) Células endoteliales. 11) Células mesangiales. 12) Membrana basal glomerular. 13) Membrana basal. 14) Epitelio parietal. 15) Espacio de Bowman. 16) Túbulo proximal. (Adaptado de Somlo y Mundel, 2000.)

Las células mesangiales, se sitúan en la parte central del glomérulo entre las asas capilares, a veces penetrando en ellas de forma que conectan íntimamente con la célula endotelial. Estas células tienen las siguientes funciones:

- Contráctil, gracias a los filamentos de actina y miosina que les permiten regular el coeficiente de ultrafiltración en respuesta a distintos agonistas.

- Fagocítica.

- Síntesis y degradación de matriz extracelular.

- Síntesis de determinados autacoides y factores de crecimiento que pueden actuar de forma autocrina y paracrina.

SISTEMA TUBULAR

En toda su longitud está constituido por una sola capa de células epiteliales que descansan sobre una membrana basal. La estructura y función de estas células varía de un segmento a otro del túbulo, de acuerdo con las distintas funciones y capacidades del mismo, pero con una característica en común: la unión estrecha entre células adyacentes. La siguiente figura muestra la localización y morfología de las células epiteliales que constituyen el sistema tubular renal.

Figura 3: Esquema de la morfología celular del sistema tubular urinario. (Modificado de Ganong, 2003.)

El segmento del túbulo donde drena la cápsula de Bowman se denomina túbulo proximal, el cual, inicialmente forma varias espiras, de ahí su nombre contorneado, y después se vuelve recto y desciende.

El túbulo proximal está delimitado por células cuboidales con un abundante borde en cepillo, compuesto de invaginaciones de la membrana apical o microvilli, aumentando en más de 40 veces la superficie celular.

A continuación comienza la rama estrecha descendente del asa de Henle, donde las células son relativamente planas y sólo se ensanchan en la zona del núcleo. Presentan interdigitaciones laterales complejas con uniones estrechas, relativamente laxas y sin desmosomas.

En la zona luminal tienen un número no muy elevado de microvilli cortos y romos. El túbulo gira, asciende y posteriormente se ensancha dando lugar a la rama gruesa ascendente del asa de Henle. La transición entre asa estrecha y ancha suele ser gradual, las células planas van aumentando en altura, y acaban siendo cuboidales, con numerosas interdigitaciones laterales de la membrana basal que ocupan gran parte del volumen de las células, y en cuyo interior hay un gran número de mitocondrias grandes, alargadas y perpendiculares a la membrana basal.

También tienen un número no muy elevado de microvilli cortos y romos. Los núcleos son grandes y están situados en la zona apical.

El siguiente segmento es el túbulo contorneado distal, que comienza en la mácula densa y presenta células cuboidales con microvilli cortos y romos, y mitocondrias alargadas que se encuentran perpendiculares a la membrana basal. Esta porción continúa en el túbulo colector cortical.

Los túbulos colectores en la parte medular constan de células denominadas claras o intercaladas, que son cuboidales con núcleo central y pocas mitocondrias. Estas células se encuentran unidas muy estrechamente y son muy impermeables, con microvilli bien desarrollados y cortos. A medida que el túbulo se adentra en la médula aparecen las células oscuras o intercalares, que tienen más mitocondrias, microvilli más desarrollados y los orgánulos subcelulares situados en la zona apical (Hernando-Avendaño, 1986).

APARATO YUXTAGLOMERULAR

El aparato yuxtaglomerular está situado entre la primera porción del túbulo contorneado distal y la arteriola aferente y eferente pertenecientes al corpúsculo renal de su propia nefrona (Figura 3). Está compuesto por tres tipos de células:

- Células yuxtaglomerulares. Son células mioepiteliales que rodean el final de la arteriola aferente, ricas en gránulos de secreción y secretan el 90% de la renina (figura 4).

- Células de la mácula densa. Son células epiteliales diferenciadas de la pared del túbulo recto distal ascendente que en esta zona de contacto con el glomérulo se vuelven más altas y estrechas. Controlan la secreción de renina y la velocidad de filtración glomerular.

- Células de Goormaghtigh o del lacis. Son células mesangiales extraglomerulares que responden a múltiples mediadores y controlan la superficie de filtrado.

Figura 4: Esquema del aparato yuxtaglomerular. (Adaptado de Netter, 2003.)

1.1.3. VÍAS URINARIAS

Los uréteres son dos tubos pequeños formados por músculo liso, que se originan en la pelvis renal, descendiendo a la vejiga. Cuando la orina llega a la pelvis renal, la presión aumenta e inicia una contracción peristáltica que comienza en la pelvis renal y se extiende de forma descendente a lo largo del uréter para propulsar la orina hasta la vejiga.

Cada uréter tiene inervación simpática y parasimpático. La estimulación parasimpática estimula la frecuencia de las ondas y la intensidad de las mismas, mientras que la simpática las disminuye.

En su extremo inferior, el uréter entra en la vejiga de forma oblicua a través del trígono. El uréter tiene un trayecto por debajo del epitelio de la mucosa vesical, de forma que la presión de la vejiga lo comprime evitando el reflujo de orina cuando aumenta la presión en la vejiga, coincidiendo con la micción (Guyton, 1992).

1.2. FISIOLOGÍA RENAL

1.2.1. FILTRACIÓN GLOMERULAR

El riñón realiza muchas funciones entre las que cabe destacar: regulación del equilibrio hidroelectrolítico, excreción de productos metabólicos y sustancias extrañas, regulación de la presión arterial, regulación de la eritropoyesis, formación de vitamina D activa, gluconeogénesis y amortiguador de pH.

En estas funciones, la misión fundamental del riñón es estabilizar el volumen y las características fisicoquímicas del líquido extracelular, e indirectamente del compartimento intracelular, mediante la formación de la orina. Conserva el agua y los electrolitos principales de los fluidos del organismo, sobre todo sodio, potasio, cloruro y bicarbonato, en la concentración normal en el organismo, y elimina el exceso de agua y los productos metabólicos de desecho como urea, creatinina, ácido úrico e hidrogeniones, o productos endógenos y tóxicos que han penetrado en el organismo.

El líquido que se filtra a través del glomérulo hacia la cápsula de Bowman se denomina ultrafiltrado, y está prácticamente libre de proteínas.

El ultrafiltrado atraviesa tres capas distintas antes de adentrarse en la cápsula de Bowman, pero la permeabilidad de las mismas es varios cientos de veces superior a la de las membranas capilares habituales, lo que determina la gran cantidad de filtrado glomerular que se forma en el tiempo. No obstante, en cuanto al paso de moléculas, la membrana glomerular tiene cierta selectividad, condicionada por el tamaño, la carga y configuración molecular.

Así, para un peso molecular de 5200 Da como la inulina, la permeabilidad es del 100%, mientras que para la proteína plasmática más pequeña, la albúmina, que tiene un peso molecular de 69.000 Da, la permeabilidad es del 0,5%. Por ello, la membrana glomerular es prácticamente impermeable a todas las proteínas plasmáticas, pero completamente permeable al resto de sustancias disueltas en el plasma, dejándolas pasar libremente.

Por otro lado, los poros están recubiertos de una red de proteoglicanos cargados negativamente que repelen sustancias con carga neta negativa. Así, los poros de la membrana permiten el paso de moléculas de hasta 8 nm, pero no de la albúmina cuya carga negativa impide su paso a pesar de tener 6 nm de diámetro de la albúmina. De esta manera, sustancias con el mismo peso molecular son filtradas de forma distinta debido a su carga. (Guyton, 1992).

La relación entre el filtrado glomerular y el flujo plasmático renal se denomina fracción de filtración. La formación de este líquido a través de las membranas capilares glomerulares no necesita gasto de energía metabólica, ya que la presión necesaria la produce el sistema cardiovascular. El proceso de filtración glomerular está condicionado por la suma neta de las siguientes fuerzas en el capilar glomerular y en la cápsula de Bowman (Vander, 1993):

- Favorecen la filtración la presión hidrostática en el capilar glomerular (Pg), que es la presión media que hay en los capilares glomerulares y tiene un valor de 60 torr, y la presión oncótica de la cápsula de Bowman (πi), sin embargo, como en la cápsula de Bowman la concentración de proteínas es muy pequeña, este factor es despreciable y se considera cero.

- Se oponen a la filtración la presión oncótica de los capilares glomerulares (πg), que es la presión que ejercen las proteínas del plasma y tiene un valor de 32 torr, y la presión hidrostática de la cápsula de Bowman (Pi), que tiene un valor de 18 torr.

La presión efectiva de ultrafiltración (PEF), se define como la diferencia entre la presión que favorece la filtración, es decir Pg, y las que se oponen, que son Pi y πg. Su valor aproximado es de 10 torr.

PEF = Pg – (Pi + πg)

El coeficiente de filtración (Kf), es el producto de la permeabilidad hidráulica de la membrana basal por el área disponible para la filtración. En función de Kf y PEF, se define la tasa de filtración glomerular (TFG):

TFG = Kf x PEF

1.2.2. REABSORCIÓN Y SECRECIÓN TUBULAR

El filtrado glomerular pasa a través de los segmentos tubulares, donde el epitelio tubular reabsorbe y secreta de forma selectiva distintas sustancias, de forma que el líquido resultante entra en la pelvis renal como orina.

La reabsorción es cuantitativamente mayor que la secreción, pero esta última determina las concentraciones finales urinarias de potasio, hidrogeniones y otras sustancias.

En el túbulo contorneado proximal se reabsorben activamente glucosa, bicarbonato y aminoácidos, acoplados a un mecanismo activo de reabsorción de sodio (figura 5). El anión cloruro se reabsorbe pasivamente. El agua y el cloruro sódico se reabsorben por transporte pasivo a favor de un gradiente osmótico efectivo. Una parte del sodio se reabsorbe por sí mismo, activamente, sin estar ligado a otros transportes.

El manejo de cloruro sódico, agua y urea por el asa de Henle juega un papel muy importante en los mecanismos de concentración y dilución urinarias. La rama descendente presenta una elevada permeabilidad al agua, pero poca para el cloruro sódico y la urea, de manera que la osmolalidad del líquido tubular puede aumentar hasta 4 veces cuando desciende por ella. La rama ascendente es más permeable al cloruro sódico que a la urea pero totalmente impermeable al agua. La dilución que se consigue en esta parte del túbulo es debido a un transporte activo de anión cloruro, que permite el transporte pasivo de iones calcio, magnesio y potasio. El líquido que entra en el túbulo distal es hipoosmótico respecto al plasma, y se mantiene así hasta que aparecen las primeras células de tipo túbulo colector sensibles a ADH. La reabsorción activa de sodio se ve favorecida por la presencia de aldosterona, y asímismo induce la excreción activa de potasio en el túbulo distal.

La permeabilidad al agua del túbulo colector es baja en ausencia de ADH y alta en presencia de esta hormona. En esta parte de la nefrona también hay reabsorción de cloruro sódico y excreción de potasio e hidrogeniones. Las células claras secretan hidrogeniones por tansporte activo primario, desempeñando un papel fundamental en la acidificación de la orina. (Guyton, 1992).

Figura 5: Esquema de los procesos de reabsorción y secreción en el sistema tubular urinario. Unidades indicadas en miliosmoles (Adaptado de Traub, 1996.)

1.3. FIBROSIS RENAL

1.3.1. TEJIDO CONJUNTIVO

El tejido conjuntivo forma un compartimento extenso y continuo en todo el organismo, limitado por la lámina basal de los diferentes epitelios de revestimiento y de las glándulas secretoras. El tejido conjuntivo se caracteriza morfológicamente por presentar diversos tipos de células, separadas por abundante material intercelular sintetizado por ellas, denominado matriz extracelular. Este tejido constituye una estructura polimorfa y compleja que presenta una notable dinámica funcional y se encuentra ampliamente distribuido por el organismo.

Los tejidos conjuntivos se originan a partir del mesodermo, específicamente del tejido mesenquimal, formado por células mesenquimales sumergidas en abundante sustancia intercelular amorfa poco viscosa.

Las funciones más importantes del tejido conectivo son:

Sostén y relleno. El tejido epitelial y muscular están asociados al tejido conjuntivo que les sirve de soporte.

Almacenamiento. Debido a su riqueza en mucopolisacáridos almacena agua y electrolitos; también almacena lípidos por lo que representa una notable reserva nutritiva. Se calcula que 1/3 de las proteínas del organismo se encuentra en los espacios intercelulares del tejido conjuntivo.

Reparación. Las áreas de tejido conjuntivo, debido a una inflamación o una lesión traumática, son reconstruidas nuevamente por la proliferación del tejido adyacente.

Transporte. El tejido conjuntivo transporta sustancias nutritivas de los capilares sanguíneos a los diversos tejidos. Transporta también productos de desecho del metabolismo en el sentido inverso.

El tejido conjuntivo está formado por células y matriz extracelular como se muestra en el siguiente esquema:

Las células propias de cada tipo de tejido conjuntivo se ocupan de la síntesis y organización de la matriz extracelular que lo caracteriza. Entre estas células que sintetizan la matriz extracelular se encuentran:

Fibroblastos. Sintetizan procolágeno, tropoelastina, proteoglucanos y otras macromoléculas de la matriz extracelular. En respuesta al daño se activan y proliferan, siendo los principales responsables de la producción de matriz extracelular (Norman, 1999).

Miofibroblastos. Son responsables del exceso de producción de matriz extracelular en condiciones patológicas y derivan de la activación local de los fibroblastos intersticiales. Difieren de las células musculares lisas porque carecen de lámina externa.

Fibrocitos. Son los fibroblastos que han disminuido su actividad, no se dividen.

Adipocitos. Son células especializadas para sintetizar y almacenar lípidos.

En la matriz extracelular también podemos encontrar con células infiltradas, principalmente macrófagos, linfocitos y monocitos.

Las integrinas son proteínas transmembrana semejantes a los receptores de la membrana celular porque forman enlaces con ligandos. Constituyen heterodímeros cuyos extremos carboxilo están enlazados con talina y α actina del citoesqueleto. Sus regiones citoplasmáticas están fijas al citoesqueleto y sus ligandos son miembros estructurales de la matriz extracelular como colágeno, laminina y fibronectina (figura 6).

La matriz extracelular está formada por macromoléculas segregadas de forma local, especialmente por los fibroblastos distribuidos en la matriz. La matriz extracelular fibrilar está compuesta por:

Colágeno. Es la proteína más abundante de los mamíferos. Las fibras de colágeno constan de una formación escalonada de moléculas de colágeno, también llamadas tropocolágeno, que están constituidas por tres cadenas polipeptídicas del mismo tamaño. Cada cadena polipeptídica tiene cerca de mil aminoácidos; la tercera parte corresponde a glicina, la prolina aparece en mayor proporción que en la mayoría de las proteínas, y la hidroxiprolina e hidroxilisina, presentes en muy pocas proteínas, se encuentran en una proporción de 10% y 3% respectivamente. Algunos azúcares, generalmente disacáridos de glucosa y galactosa, se unen covalentemente a hidroxilisina; el número de unidades de carbohidrato incorporado por unidad de tropocolágeno depende del tejido. Las tres cadenas polipéptidicas tienen una conformación levógira cada una, que se trenzan en sentido dextrógiro. Los principales tipos de colágeno encontrados en el tejido conjuntivo son los colágenos fibrilares: I, II, III, V y XI. Los tipos IX y XII son los colágenos asociados a fibrillas, que unen las fibrillas de colágeno entre sí y a otros componentes de la matriz extracelular. Los tipos IV y VII son los denominados colágenos formadores de redes (van der Rest, 1991).

Elastina. Constituye la mayor parte de la fibra elástica, especialmente del tejido maduro. La elastina está formada por unidades de tropoelastina, constituidas a su vez por una cadena polipeptídica de unos 830 aminoácidos, que oscila entre diversas conformaciones al azar parcialmente extendidas. Las moléculas de tropoelastina se unen entre sí mediante enlaces covalentes dando lugar a una extensa red entrecruzada. Al igual que el colágeno es rica en prolina y en glicina pero a diferencia del colágeno contiene muy poca hidroxiprolina y nada de hidroxilisina, y también contiene los aminoácidos poco frecuentes isodesmosina y desmosina, que forman un enlace cruzado responsable de la elasticidad de estas fibras. Las fibras de colágeno entretejidas con las elásticas limitan el grado de distensión.

La sustancia básica de la matriz extracelular está compuesta por:

Proteoglucanos. Constan de una parte proteica asociada a GAG, que son largas cadenas de polisacáridos no ramificadas compuestas por unidades repetidas de disacáridos. Las cadenas de GAG, al ser muy hidrofílicas, atraen grandes cantidades de agua, formando geles hidratados que permiten la rápida difusión de moléculas hidrosolubles, la migración de células y el desarrollo de procesos celulares.

Glucoproteínas. Median la adhesión entre las células y los componentes de la matriz extracelular. La glucoproteína fibronectina es un dímero de dos subunidades polipeptídicas unidas por sus extremos carboxílicos mediante puentes disulfúricos y sintetizadas principalmente por fibroblastos; marca las vías migratorias de las células embrionarias, de modo que las células del organismo que están migrando puedan llegar a su destino. La glucoproteína laminina está formada por tres cadenas polipeptídicas de gran tamaño, y se encuentra restringida prácticamente a la lámina basal. Otras glucoproteínas son: entactina, tenascina, condronectina y osteonectina.

Figura 6: Esquema de la organización de la matriz extracelular. (Adaptado de Robertis, 2000.)

En condiciones normales, la matriz extracelular de los mamíferos está sometida a un continuo recambio, gracias al equilibrio que mantienen los mecanismos de señalización que regulan los sistemas de síntesis y degradación de los componentes de la matriz. Ante una lesión, los mecanismos de reparación tisular responden con un aumento de la síntesis de citocinas y diversos factores de crecimiento. Estas moléculas regulan la deposición de componentes de la matriz extracelular en un proceso de cicatrización normal. Si este proceso se perpetúa, el exceso de deposición de matriz o fibrosis causa la destrucción y la pérdida de la función tisular.

Los modelos de nefropatías experimentales han demostrado que el incremento de ciertas citocinas como Ang II y de factores de crecimiento, contribuyen de manera importante a la producción de fibrosis renal, y por lo tanto, a la progresión de la enfermedad renal crónica.

Los fibroblastos intersticiales, que en condiciones fisiológicas producen y mantienen la matriz extracelular, son las principales células implicadas en el exceso de deposición de matriz. Estas células se activan en respuesta al daño ante la presencia de determinadas moléculas, siendo las principales responsables del exceso de matriz en la fibrosis intersticial renal progresiva. El daño renal, induce un cambio fenotípico en los fibroblastos, que evolucionan a miofibroblastos expresando de forma característica α-SMA.

1.3.2. NEFROPATIA OBSTRUCTIVA

Una obstrucción del tracto urinario superior ocasiona inicialmente un aumento de la actividad peristáltica y de la potencia contractiva, que si no compensa el efecto de la obstrucción, origina una hipertrofia del músculo pieloureteral y descompensación por dilatación con incremento de la presión intraluminal. Este aumento de la presión origina un daño estructural y funcional del riñón, induciendo daño tubulointersticial.

La nefropatía obstructiva en niños se debe, casi siempre, a malformaciones congénitas, por ejemplo debido a una entrada anormal del uréter en la vejiga, originando reflujo ureterovesical. En la mujer adulta suele originarse por cálculos, presencia de tumores pélvicos y embarazo. En el hombre adulto las causas más frecuentes son la hipertrofia prostática, cálculos y estenosis ureteral.

La obstrucción ureteral unilateral (OUU), es un modelo de nefropatía obstructiva experimental muy utilizado en la investigación de los mecanismos implicados en la patología fibrótica tubulointersticial. Se trata de una maniobra que causa de forma aguda la obstrucción completa del uréter y que presenta la ventaja de que la evolución de la fibrosis es altamente reproducible y refleja de forma acelerada la secuencia de acontecimientos patológicos de la nefropatía obstructiva. Muchos experimentos corroboran la utilidad de este modelo para identificar las moléculas y procesos involucrados en la patogénesis de la fibrosis renal (Klahr, 2002).

La obstrucción origina inicialmente una vasodilatación que aumenta el flujo sanguíneo renal. A continuación hay una vasoconstricción que reduce un 75% el valor normal del flujo sanguíneo renal.

La obstrucción del uréter estimula la fosfolipasa y la ciclooxigenasa responsables de la liberación de ácido araquidónico, y la producción de PGs vasodilatadoras como PGE y prostaciclinas. Si la obstrucción persiste, se libera Ang II, TXA2 y endotelina-1, que producen vasoconstricción en la arteriola aferente (Klahr, 1998). Se observa hidronefrosis y reducción de la filtración glomerular. Las alteraciones tubulointersticiales constituyen la característica patológica fundamental del riñón obstruido: infiltración de células en el intersticio tubular, apoptosis y proliferación de células tubulares e intersticiales, atrofia tubular, acumulación de miofibroblastos e incremento de la deposición de matriz extracelular intersticial. El epitelio tubular sintetiza moléculas quimiotácticas que favorecen la infiltración de macrófagos y de linfocitos T citotóxicos en el intersticio tubular, contribuyendo a la lesión inducida por el daño tubular y promoviendo la fibrosis intersticial (Diamond, 1995).

La fibrosis tubulointersticial se manifiesta de forma temprana en el riñón obstruido, detectándose un aumento del volumen del intersticio y un incremento en la deposición de colágenos I, III y IV (Kaneto, 1994). Se desarrolla una red fibrótica con la deposición de colágenos, fibronectina, proteoglicanos y heparán sulfato y un incremento en el número de fibroblastos (González-Ávila, 1988).

Existe un elevado número de células tubulares que se encuentran en un estado de transición entre epitelio y mesénquima. Estas células adquieren características de mesénquima al expresar α-SMA, vimentina, y conservan la expresión de marcadores tubulares como la lectina, a la vez que dejan de expresar el marcador de adhesión celular cadherina E y producen componentes de la matriz extracelular como fibronectina y colágeno tipo I (Yang, 2002; Iwano, 2002).

En el riñón no obstruido o contralateral, se observa una hipertrofia compensadora como adaptación a la respuesta del daño, que compensa la pérdida de la función renal del riñón obstruido.

2. SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA-ALDOSTERONA

La renina es una enzima proteolítica que se libera en las células yuxtaglomerulares en respuesta a la disminución de la volemia o de la presión arterial, detectadas gracias a los barorreceptores presentes en estas células que rodean la arteriola aferente. También responden a una estimulación de las células de la mácula densa, que detectan un aumento de la concentración salina del líquido que fluye por el túbulo contorneado distal. La estimulación simpática β1 también aumenta la liberación de renina.

Las células yuxtaglomerulares sintetizan y acumulan prorrenina, forma inactiva de la renina, en los gránulos. Cuando se libera, la mayor parte de la renina llega a circulación general, aunque una pequeña parte permanece en los riñones desencadenando reacciones locales. En la circulación general, actúa sobre el angiotensinógeno, glucoproteína sintetizada en el hígado, dando lugar a la angiotensina I, péptido de diez aminoácidos, vasoconstrictor débil, pero incapaz de producir cambios funcionales importantes en circulación. La angiotensina I, mediante la ECA, sintetizada en las células endoteliales, se transforma en el octapéptido Ang II, principalmente en los pequeños vasos sanguíneos pulmonares.

La presencia en el riñón de todos los componentes de la cascada renina-angiotensina y el elevado contenido de Ang II intrarrenal, mucho mayor que el detectado sistémicamente, ponen de manifiesto la existencia de un sistema renina-angiotensina local.

2.1. EFECTO DE LA ANGIOTENSINA II

La Ang II es un péptido multifuncional con numerosos efectos. La vasoconstricción es un efecto muy rápido, afecta sobre todo a las arteriolas y en menor grado a las venas. La vasoconstricción aumenta la resistencia vascular periférica. Por otro lado disminuye la eliminación renal de agua y sal. Estimula la liberación de aldosterona. La aldosterona se sintetiza en la corteza de la glándula suprarrenal, en la zona glomerulosa externa; es un mineralocorticoide que estimula la reabsorción de sodio y agua en los túbulos distal y colectores de las nefronas. La neutralidad se mantiene secretando potasio o hidrogeniones mediante la reabsorción concomitante de cloruro.

La Ang II estimula el centro de la sed y aumenta la liberación de vasopresina o ADH, que produce vasoconstricción y reabsorbe agua en el túbulo colector de las nefronas.

El sitema renina-angiotensina-aldosterona, además de regular la actividad renal vasomotora, mantener la homeostasis de agua y sodio, y controlar el crecimiento tisular en el riñón, puede tener consecuencias fisiopatológicas derivadas de una estimulación elevada. A través de la retención de sodio, este sistema activado promueve la hipertensión sistémica y la de los capilares glomerulares, pudiendo inducir un daño hemodinámico en el endotelio y en el glomérulo.

Por otro lado, los componentes del sistema que se expresan locamente en el glómerulo, túbulo proximal e intersticio renal, además de regular la función normal del riñón, están implicados en los mecanismos de respuesta al daño en el mismo.

La Ang II, además de modular la contracción celular, regula el crecimiento, la apoptosis y la diferenciación; influye también sobre la migración y la deposición de la matriz extracelular, es proinflamatoria y estimula la producción de otros factores de crecimiento como CTGF, PDGF, TGF-β y transactiva receptores de factores de crecimiento como IGF, PDGF y EGF (Kim, 2000). La estimulación de los factores de crecimiento TGF-β, PDGF, EGF y CTGF, produce proliferación celular. La Ang II también estimula citocinas como IL-6 y TNF-α, metaloproteínasasas y PAI-1. El conjunto de efectos de Ang II hace que aumente la síntesis de matriz extracelular y disminuya su degradación, acumulándose y originando fibrosis.

2.2. RECEPTORES DE LA ANGIOTENSINA II

La Ang II media sus efectos a través de, al menos, dos tipos de receptores: receptor de angiotensina tipo 1 (AT1) y tipo 2 (AT2). A través de la unión a los receptores AT1, la Ang II induce la contracción celular, proliferación, migración, producción de componentes de la matriz extracelular y respuesta inflamatoria, mientras que la interacción con el receptor AT2 parece actuar como antagonista de los efectos mediados por AT1, promoviendo la apoptosis e inhibiendo la proliferación y la hipertensión (Allen, 2000). Los receptores AT1 y AT2 pertenecen a la familia de receptores transmembrana acoplados a proteínas G.

La estimulación de receptores AT1 por Ang II, induce como respuesta inmediata la activación por fosforilación de PLC, capaz de hidrolizar PIP2 produciendo DAG e IP3, que moviliza el calcio intracelular (figura 6). La unión de Ang II a sus receptores AT1 también activa PLD, capaz de hidrolizar fosfolípidos, como fosfatidilcolina, y generar ácido fosfatídico, implicado en la señalización celular asociada a mitogénesis. La unión del ligando a su receptor también activa proteínas kinasas por fosforilación en residuos tirosina, activando kinasas de la familias SRC, Janus y PI3K. Estos efectos pueden ser también mediados por transactivación de receptores con actividad kinasa como EGF, PDGF e IGF. Las TK pueden activar numerosas dianas efectoras, entre otras, la vía de MAPKs, a través de la fosforilación de la proteína adaptadora Src, que se asocia al complejo de proteínas Shc-Grb2-Sos, para inducir el intercambio de nucleótidos GDP-GTP en la proteína Ras. La vía de señalización Ras-MAPKs interviene en la regulación de los procesos de proliferación. La unión de Ang II al receptor AT1 también activa PLA2, capaz de hidrolizar fosfolípidos para liberar ácido araquidónico que produce distintos eicosanoides como PGs, TXs y leucotrienos, así como otros metabolitos que activan la vía de Ras-MAPKs (Touyz, 2000).

Figura 6: Rutas de activación celular por interacción de Ang II con los receptores AT1. (Adaptado de Touyz, 2000.)

2.3. INHIBICIÓN DEL RECEPTOR TIPO 1 DE ANGIOTENSINA II

Los antagonistas de los receptores AT1 son agentes antihipertensivos cuya acción no sólo se asocia a la actividad antagonista sobre receptores AT1, sino también a la unión de Ang II a los receptores AT2. Previenen el desarrollo de nefropatía en pacientes con diabetes tipo 2, hipertensión y microalbuminuria, y un porcentaje elevado de estos pacientes presentan una regresión a los niveles de albuminuria normales (Brenner, 2001).

El losartán, 2-butil-4-cloro-1-[[2`-(1H-tetrazol-5-il)-(1,1`bifenil)-4-il]metil]-1H-imidazol-5-metanol, y su metabolito activo, E-3174, son antagonistas no peptídicos que funcionan como inhibidores competitivos de los receptores AT1 de Ang II (figura 7). Losartán es ampliamente empleado como antihipertensivo. Mientras que los IECAs bloquean la síntesis de la Ang II a partir de la angiotensina I, el losartán impide que la Ang II formada pueda interaccionar con su receptor endógeno.

El metabolito activo del losartán es 10-40 veces más potente que el mismo losartán como ligando de los receptores AT1, siendo el principal responsable de los efectos farmacológicos del losartán. El losartán reduce las resistencias vasculares sin producir cambios significativos de la frecuencia cardiaca.

Figura 7: Estructura de Losartán y de su metabolito más activo E-3174. (Avendaño, 2001.)

3. PROTEÍNAS RAS

3.1. FAMILIA RAS

Las proteínas Ras son pequeñas proteínas G monoméricas, también llamadas pequeñas GTPasas. Pertenecen a la superfamilia Ras en la que se han identificado más de 100 proteínas diferentes subdivididas en 5 subfamilias: Ras, Rho, Rab, Arf y Ran (Barandier y col, 2003), con masa molecular entre 20 y 40 kDa. Estas pequeñas proteínas, ejercen gran variedad de funciones como la regulación de la expresión génica, proliferación celular, migración, organización del citoesqueleto, tráfico intracelular de vesículas y transporte de proteínas entre el núcleo y el citoplasma (Barandier y col, 2003).

La subfamilia Ras se caracteriza por tener gran similitud en el dominio efector o región switch I. Esta subfamilia está formada por:

- Proteínas Ras clásicas o p21; H-Ras, K-RasA, K-RasB, N-Ras.

- Proteínas Rap; Rap1A, Rap1B, Rap2A, Rap2B.

- Proteínas similares a R-Ras; R-Ras, TC21, R-Ras23.

- Proteínas Ral; RalA, RalB.

- Proteínas Rheb y M-Ras.

3.2. GENES RAS

Los genes ras se descubrieron en los años 60 como elementos del virus de la cepa Harvey y Kirsten que producía sarcomas en roedores recién nacidos (Harvey, 1964; Kirsten y Mayer, 1967). A principios de los 80 se identificaron distintos alelos mutados de genes ras como oncogenes dominantes presentes en un gran porcentaje de tumores sólidos.

Los genes codificantes de los distintos miembros de la familia Ras están muy conservados evolutivamente, lo que sugiere que estas proteínas son muy importantes en los procesos celulares. En mamíferos hay tres genes cuya estructura y función es muy parecida: H-ras, K-ras y N-ras. Están compuestos por cinco exones codificantes y un exón 5´ no codificante, y difieren estrechamente en el tamaño y en la secuencia de intrones. Los genes K-ras tienen dos alternativas para el cuarto exón codificante: 4A y 4B, dando lugar a dos proteínas que difieren en 25 aminoácidos del extremo carboxilo terminal (Barbacid y cols, 1987; Lowy y cols, 1993).

3.3. SÍNTESIS Y MODIFICACIÓN POSTRADUCCIONAL DE RAS

Los genes ras se expresan en todos los tipos celulares y órganos, aunque existen diferencias en cuanto a expresión pre- y postnatal, y en ciertos tejidos adultos se expresan preferentemente uno u otro miembro de la familia. H-ras se expresa mayoritariamente en cerebro, músculo y piel. K-ras se expresa mayoritariamente en estómago, pulmón y timo, mientras que N-ras se expresa mayoritariamente en testículos y timo.

Los genes ras codifican proteínas de 189 aminoácidos, N-Ras y H-Ras y K-Ras4B y de 188 aminoácidos, K-Ras4A. Las proteínas Ras tienen un alto grado de homología en sus primeros 164 aminoácidos, siendo idénticas en los primeros 86 aminoácidos y con un 79% de homología en los 78 residuos restantes. Sin embargo, entre los aminoácidos 165 y 185, llamada región heterogénea, son completamente distintas en los 20 aminoácidos carboxilo terminales, a excepción de la Cys186 (Santos y Nebreda, 1989).

Las proteínas Ras contienen cinco dominios contiguos necesarios para su función, y el extremo carboxilo terminal con la secuencia Cys186-A-X-COOH, siendo A un aminoácido alifático y X cualquier aminoácido (Barbacid y cols, 1987) .

La proteína Ras presenta dos regiones importantes para su activación y su función llamadas: switch I y switch II, con residuos hidrofílicos localizados en la cara externa de la molécula (Ma y Karplus, 1997). El switch I, aminoácidos 32-40, es el principal sitio de unión del efector y también es el responsable, en parte, de la interacción con GAPs. El switch II, aminoácidos 60-72, se encarga en parte de la interacción con los GEFs. Las regiones switch están cercanas al fosfato γ del GTP y exhiben distintas conformaciones segϊn estén unidas a GTP o GDP. De este modo, los cambios conformacionales de estas regiones están implicados en la unión a las proteínas reguladoras y en la transmisión de la señal a los efectores de Ras (Malumbres y Pellicer, 1998).

Las proteínas Ras de mamíferos están localizadas en la cara interna de la membrana plasmática como homodímeros o heterodímeros (Santos y cols, 1988). Para la unión de la proteína Ras a la membrana son necesarias una serie de señales moleculares que determinan la ruta por la cual esta proteína se ancla en la membrana y su localización en islotes lipídicos (rafts o caveolas, regiones ricas en colesterol) o en zonas desorganizadas de la membrana (Hancock y cols, 1990).

Los miembros de la subfamilia de Ras presentan un motivo carboxilo terminal CAAX, donde la Cys186 va seguida de dos residuos alifáticos y un aminoácido aleatorio, que es una señal para el procesamiento por enzimas que añaden un grupo prenilo (farnesilo o geranilgeranilo), facilitándose así el anclaje de la proteína Ras a la membrana. Se produce una rotura proteolítica de los residuos AAX y una carboxi-metilación del extremo C-terminal (Casey, 1995).

Estas modificaciones aumentan la hidrofobicidad, aunque son insuficientes para el anclaje funcional a la membrana (Hancock y cols, 1990). Para ello es necesaria una segunda transformación. En el extremo C-terminal existen residuos de cisteína en la región heterogénea que pueden sufrir S-acilación (palmitoilación) en H-Ras, N-Ras y K-Ras4A o, la unión de una cola polibásica rica en lisina en el caso de K-Ras4B. La cadena de grupos S-acilo aumenta la hidrofobicidad de la proteína y confieren una unión estrecha a la membrana (Hancock y cols, 1989 y 1990) (figura 8).

La palmitoilación de H-Ras y N-Ras permite su transporte hacia la membrana plasmática a través del aparato de Golgi (Apolloni y cols, 2000; Choy y cols,1999). Sin embargo, el segmento carboxilo terminal polibásico enriquecido en lisina de K-Ras4B probablemente interacciona electrostáticamente con fosfolípidos (Magee y Marshall, 1999) y dirige su transporte a la membrana mediante la unión con microtúbulos (Apolloni y cols, 2000; Thissen y cols, 1997).

Por otro lado, la localización de Ras en la membrana también depende de estas modificaciones postraduccionales. Así, se sabe que H-Ras está localizada en islotes lipídicos, mientras que K-Ras se localiza en zonas desorganizadas de la membrana (Prior y cols, 2001; Roy y cols, 1999). Esta localización puede regular la proximidad de diferentes tipos de receptores y de GEFs, provocando que existan diferencias en la susceptibilidad de activación por distintos estímulos (Cheng y cols, 2001). Por otra parte, en caso de estimulación por factores de crecimiento, la diferente localización también determina la activación de distintos efectores.

Por ejemplo, se ha observado que la localización de H-Ras en islotes lipídicos es esencial para la activación de efectores como Raf 1 y PI3K (Roy y cols, 1999; Jaumot y cols, 2001) (figura 8).

Figura 8: Modificaciones postraduccionales y transporte de Ras a la membrana. (Adaptado de Rojas y Santos, 2002.)

3.4. ACTIVACIÓN DE RAS

Una vez localizadas en la membrana, las proteínas Ras alternan un equilibrio entre la forma inactiva, unida a GDP, y la forma activa, unida a GTP, que le permite interaccionar con las moléculas efectoras (figura 9).

En respuesta a señales extracelulares estimuladoras, las actividades GTPasa e intercambiadora de GDP/GTP intrínsecas de Ras resultan demasiado lentas para la velocidad que demanda el rápido intercambio transitorio GDP/GTP funcional (Rojas y Santos, 2002). Para que Ras sea efectivo en respuesta a las señales extracelulares, requiere una interacción directa con proteínas reguladoras de su actividad que incluyen las GAPs y GEFs. Las GAPs inactivan Ras al aumentar la velocidad de hidrólisis del GTP unido (Wittinghofer, 1997) y los GEFs promueven el reemplazo del GDP unido a Ras y la posterior captación de GTP del citosol (Downward, 1996).

Figura 9: Esquema de la activación e inactivación de Ras.

Los receptores TK activados se unen a GAPs directamente y a GEFs indirectamente, siendo ésta última responsable de conducir a Ras a su estado activo, Ras-GTP. Sos es uno de los GEFs que juega un papel clave en la estimulación de Ras a través de receptores TK y receptores acoplados a proteínas G activados (Rojas y Santos, 2002).

3.5. EFECTORES DE RAS

La proteína activada Ras media la proliferación celular a través de la estimulación de MAPKs, activando mediante la serina-treonina kinasa Raf a la proteína ERK1/2, esencial para la regulación del crecimiento celular y la diferenciación y regulación de la apoptosis. Otra ruta de señalización estimulada por Ras es la vía de la proteína PKB o Akt mediante la activación de la PI3K. Akt regula la expresión de numerosos genes, induce la síntesis proteica, protege a las células de la apoptosis y promueve la supervivencia celular (Dhanasekavan y Premkumar, 1998).

3.5.1. CASCADA DE MAPKs

Las proteínas kinasas de la familia Raf, son los primeros efectores de Ras identificados en células de mamíferos. Ras-GTP se une al efector citoplasmático clásico de Ras, Raf-1 (Vojtek, 1993), y lo trasloca a la membrana plasmática donde Raf se activa por un mecanismo que parece independiente de Ras (Stokoe, 1994) (figura 10). Raf activado fosforila las MAPKKs MEK1 y MEK2, que a su vez fosforilan las MAPKs ERK1 y ERK2. La fosforilación de ERK1/2 promueve su homodimerización y su translocación al núcleo, donde activa por fosforilación directa la transcripción de factores como Elk-1. La activación de la kinasa Raf es necesaria y suficiente para la activación de la cascada de kinasas MEK y ERK iniciada por Ras (Marshall, 1994), constituyendo una de las vías clave de señalización a través de la cual Ras ejerce su efecto proliferativo.

3.5.2. CASCADA DE PI3K

Otro de los efectores mejor conocidos de Ras es la kinasa lipídica PI3K, que cataliza específicamente la fosforilación en la posición 3 del PI en presencia de numerosos factores de crecimiento y citocinas (Malumbres, 1998). Esta enzima está constituida por las subunidades p110, con actividad catalítica, y p85, con actividad reguladora.

En respuesta a la estimulación, la subunidad reguladora p85 de PI3K es reclutada en la membrana plasmática donde interacciona directamente con residuos de tirosina fosforilados (Kapeller, 1994) (figura 11). Ante los agentes estimuladores de PI3K, la subunidad catalítica p110 media la generación de PIP2 y IP3. Ras se une directamente y activa la subunidad p110 de manera GTP dependiente (Rodríguez-Viciana, 1994), dando niveles elevados de IP3 y PIP2. Estos productos lipídicos intervienen como segundos mensajeros en vías que controlan la síntesis de ADN, la inhibición de la apoptosis, el tráfico intracelular y secreción de vesículas, y los cambios metabólicos a través de la fosforilación de dos proteína kinasas: Akt y p70S6K. La unión de IP3 a Akt recluta a esta kinasa a la membrana donde es fosforilada por las kinasas PDK1 y 2.

Figura 11: Esquema de la organización de la cascada Ras-PI3K-Akt/PKB. (Adaptado de Malumbres, 1998.)

 

La vía PI3K/Akt controla diversos procesos celulares entre los que se encuentra la estimulación de la supervivencia celular (Downward, 1998).

Akt es una serina-treonina kinasa con un dominio kinasa amino terminal y un dominio regulador carboxilo terminal. Para la completa activación de la proteína es necesaria la fosforilacion de los residuos treonina 308 en el dominio kinasa, y serina 473 en el dominio carboxilo terminal (Vanhaesebroeck y Waterfield, 1999). Para una máxima activación es necesaria una segunda fosforilación en el residuo serina 473. Esta última fosforilación se desconoce quien la lleva a cabo, pudiendo ser PDK1 o un proceso de autofosforilación del propio Akt (Coffer y cols, 1998; Galetic y cols, 1999).

Después de la activación Akt puede fosforilar un gran número de sustratos, tanto en el citoplasma como en el núcleo, relacionados con la regulación de funciones celulares que incluyen el crecimiento celular, la supervivencia, el metabolismo de la glucosa y la traducción de proteínas (Galetic y cols, 1999).

 

 

Maite Grande Rodriguez


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