2.1. Producción de energía anabólica vs. catabólica
La AMPK es uno de los principales detectores metabólicos conservados a través de los géneros siendo activada por condiciones que causan una baja relación ATP:ADP como la hipoglucemia y la hipoxia. La fosforilación de más de 1.000 objetivos por parte de la AMPK cierra las vías anabólicas (que utilizan energía) y activa las vías catabólicas (que generan energía). Una de las dianas de la AMPK para la fosforilación es el coactivador del receptor gamma activado por los proliferadores de los peroxisomas (PGC-1α), que se activa dando lugar a un aumento de la biogénesis de las mitocondrias, del potencial de la membrana y de la oxidación de los ácidos grasos, una característica recurrente durante la restricción calórica. La AMPK también activa los factores de transcripción de cabeza de horquilla de la clase O (FOXO) que conduce a un aumento de la autofagia y los antioxidantes, ambos conducen a un aumento del metabolismo oxidativo, como lo hace la PGC-1α.
En el caso de las intervenciones para prolongar la vida la dosificación se vuelve muy importante. Demasiado de una cosa buena, definitivamente puede ser malo (es decir, el cáncer), y el mecanismo molecular que efectúa la longevidad se están dilucidando. Por ejemplo, en Caenorhabditis elegans, la metformina retrasa el desarrollo en condiciones de buena alimentación e incluso reduce la duración de la vida en caso de inanición. La mejora de la función mitocondrial, disminuye el consumo de oxígeno necesario, lo que provoca una disminución beneficiosa de las especies reactivas del oxígeno (ROS) . La biogénesis mitocondrial se controla de forma diferente según el tejido y el estado de la enfermedad. Por ejemplo, se ha descubierto que la señalización mTOR aumenta la expresión de los genes mitocondriales implicados en el metabolismo oxidativo, a través de PGC-1α y Ying-Yang 1 (YY1). Este aumento de la biogénesis mitocondrial en el músculo de los individuos sanos, pero no en los individuos obesos tal vez debido a la disminución de la sensibilidad a la insulina . La actividad de mTORC1 no sólo es específica de la célula, sino que también depende de la concentración, siendo inducida e inhibida por niveles bajos y altos de ROS respectivamente. Esta sensibilidad a la concentración de mTOR es beneficiosa, ya que actúa como eje de vías interdependientes, como la capacidad de mTOR para modificar la biogénesis mitocondrial y aumentar la autofagia (que ayuda a degradar las mitocondrias dañadas y otros orgánulos). Se han establecido dos modelos de envejecimiento en la levadura (Saccharomyces cerevisiae): la vida útil replicativa (RLS) y la vida útil cronológica (CLS). La RLS mide el número de divisiones mitóticas asimétricas que puede sufrir una célula antes de la detención del ciclo celular y es un modelo valioso para los fibroblastos, los linfocitos o las células madre en los seres humanos . En cambio, el CLS mide el tiempo que los cultivos estacionarios (Go) permanecen viables y es un modelo para las células postmitóticas, como las neuronas o las células musculares. El análisis específico de órganos de los estudios in vivo en humanos, aunque difícil, ayudaría a dilucidar los imitadores de RC en y aguas arriba de mTOR.
La metformina es un tercer compuesto que prolonga la vida que vale la pena contrastar con la rapamicina y el resveratrol porque inhibe el complejo I de la cadena respiratoria mitocondrial, lo que lleva a una disminución de ATP:ADP, que activa la AMPK . Además, la metformina tiene muchos datos en humanos, ya que es un fármaco antidiabético oral común utilizado para las personas con sobrepeso con diabetes mellitus tipo 2 (T2DM). La metformina inhibe la producción hepática de glucosa, reduce la resistencia a la insulina y recientemente se ha investigado como terapia antienvejecimiento. Actualmente se está investigando el uso de la metformina en varios tipos de cáncer; sin embargo, la metformina también se ha relacionado con el desarrollo de algunos tumores sólidos en humanos, concretamente el cáncer colorrectal, de mama y de páncreas. El complejo mitocondrial I es claramente inhibido por la metformina, lo que conduce a la activación de la TSC2, dependiente de la AMPK, que inhibe la mTOR. La AMPK también puede inactivar directamente el complejo mTORC1 mediante la fosforilación de su subunidad Raptor. Sin embargo, también se ha demostrado que la metformina puede actuar de manera independiente de la AMPK, aunque ese mecanismo es menos claro pero podría implicar interacciones del complejo de poros nucleares (NPC) o del endosoma tardío que han sido documentadas . La interacción con el CNP se descubrió cuando se descubrió que el C. elegansortholog of acyl-CoA dehydrogenase family member 10 (CeACAD10) tenía una resistencia 3 veces mayor a la metformina. La expresión de CeACAD10 se duplicó con 50 mM de metformina, y un análisis genético imparcial encontró que el complejo del poro nuclear es necesario para que la metformina induzca CeACAD10. Esta vía molecular es actualmente única para la metformina, en comparación con el resveratrol o la rapamicina, y aunque se han encontrado múltiples objetivos para la metformina, algunas vías que se solapan entre estas tres moléculas permiten una comprensión más sólida de las restricciones calóricas posibles de los mecanismos de extensión de la vida. No sólo mTORC1, pero incluso aguas arriba AMPK, se ha demostrado que se requiere para los efectos positivos de las tres moléculas rapamicina , resveratrol , y la metformina . La vía molecular de la metformina también se ha dilucidado aguas arriba de la AMPK. La metformina interactúa con los intercambiadores Na1/H1 de los orgánulos (eNHE) y la V-ATPasa (V-ATPasa), lo que apoya la idea del endosoma tardío/lisosoma, que es requerido tanto por la vía de la AMPK como de la mTOR, actuando como un centro de señalización para el metabolismo.
Aunque las métricas brutas, como el peso, se reportan a menudo en los estudios y son útiles para seguir, no son suficientes para investigar el fenómeno del envejecimiento. Por ejemplo, se ha comprobado que los ratones a los que se les administra resveratrol no pierden peso . El grado en que el resveratrol imita la restricción calórica (RC) se ha demostrado a nivel molecular en ratones con cambios en la expresión de genes que se superponen en el tejido adiposo, el músculo esquelético, el corazón, el hígado y el neocórtex. Curiosamente, tanto el resveratrol como la RC ralentizaron el declive relacionado con la edad en la función de los órganos, mostrando que el beneficio del resveratrol no dependía de la pérdida de peso . La otra cara de la moneda calórica que se investiga con frecuencia independientemente de la RC es el déficit calórico inducido por el ejercicio. En general, la RC tiene unas propiedades de prolongación de la vida más sólidas que el déficit calórico inducido por el ejercicio. En el caso de los humanos modernos, está claro que es extremadamente difícil conseguir con el ejercicio el mismo déficit calórico que se puede conseguir con la RC. En pocas palabras, es más difícil correr una comida rápida que no tenerla en primer lugar. Se ha demostrado en roedores que el aumento de la actividad para lograr un déficit energético relativo del 30% no prolongó la vida máxima, pero sí aumentó la vida media. La capacidad del resveratrol para aumentar la vida útil ha variado significativamente entre los estudios, pero ha sido aproximadamente del 40% para la levadura, del 15% para los gusanos, del 30% para los peces y del 10% para los ratones.
Hay dos complejos proteicos multisubunidad mTOR que han demostrado estar regulados de forma diferencial. El complejo mTOR 1 (mTORC1) y el complejo mTOR 2 (mTORC2) comparten los componentes proteicos que contienen el dominio DEP de la proteína que interactúa con mTOR (DEPTOR), la proteína letal de mamíferos con sec-13 8 (mLST8, también conocida como GβL), el mantenimiento de los telómeros 2 (telO2) y la proteína que interactúa con telO2 1 (tti1) (mostrada en azul claro en la Figura 2). mTORC1 tiene tres componentes principales: mTOR, la proteína asociada a la regulación de mTOR (Raptor) y la proteína letal de mamíferos con sec-13 (mLST8). Mientras que los componentes centrales del complejo mTOR 2 (mTORC2) comparten mTOR, mLST8, pero también incluyen el compañero insensible a la rapamicina de TOR (Rictor), y la proteína 1 que interactúa con la quinasa de mamíferos activada por el estrés (mSIN1) (Figura 2) . mTORC1 es activado por nutrientes y factores de crecimiento, mientras que es inhibido en estados celulares de baja energía. Una complejidad conocida de la vía mTOR es la diferencia en la respuesta a los inhibidores, no sólo por parte de mTORC1 y mTORC2, sino también por parte de los tejidos. mTORC1 es inhibido universalmente por la rapamicina, mientras que mTORC2 necesita una exposición a largo plazo para ser inhibido por la rapamicina, lo que sigue siendo investigado. Aunque se sabe que el DEPTOR inhibe parcialmente el mTORC1, es posible que no disminuya la lipogénesis o la inflamación por sí solo; sin embargo, en combinación con los inhibidores de la serina/treonina quinasa 1 (AKT) puede dar lugar a una disminución tanto de la lipogénesis como de la inflamación. La terapia combinada puede ser necesaria al dirigirse a mTORC1 para alcanzar los efectos deseados.
Figura 2.
xmlns:mml=»http://www.w3.org/1998/Math/MathML» xmlns:xlink=»http://www.w3.org/1999/xlink» xmlns:xsi=»http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instanceComponentes, señalización e inhibidores de mTORC. La alimentación, la vejez y el cáncer activan la PI3K y la inactivación de la AMPK que provocan un aumento de la actividad de mTOR en ambos complejos mTORC1 y mTORC2 y disminuyen el nivel de autofagia celular. La autofagia puede restablecerse mediante inhibidores de mTOR (rapalogs, inhibidores competitivos de ATP, inhibidores de Pan-mTOR, inhibidores duales de PI3K/mTOR) o mediante la reducción de la ingesta calórica (señales de crecimiento); todos ellos restauran la autofagia. Las interacciones o macromoléculas beneficiosas y deletéreas se muestran en verde y o rojo discontinuo respectivamente. Las proteínas que se encuentran tanto en mTOR1 como en mTOR2 están coloreadas en azul.Abreviaturas: AMPK, proteína quinasa activada por AMP; DEPTOR, dominio DEP que contiene proteína que interactúa con mTOR; mLST8, proteína letal de mamíferos con sec-13 (también conocida como GβL); mSin1, proteína que interactúa con la quinasa de mamíferos activada por estrés 1; mTOR, diana de rapamicina de mamíferos; mTORC, complejo diana de rapamicina de mamíferos; PRAS40, sustrato de Akt rico en prolina 40 kDa; protor1/2, proteína observada con rictor 1 y 2; RAPTOR, proteína asociada a la regulación de la diana de rapamicina de mamíferos; RICTOR, compañero insensible a la rapamicina de mTOR; telO2, mantenimiento de los telómeros 2; tti1, proteína que interactúa con telO2 1.
Aunque se siguen investigando múltiples dianas aguas arriba de mTOR, las acciones aguas abajo bien descritas de mTOR ayudan en el análisis de estudios in vivo, in vitro y clínicos. Mientras que el principal efecto descendente de la activación de mTOR es la producción de energía anabólica (con inhibidores que cambian a la producción de energía catabólica a partir de la grasa), otro efecto descendente significativo de la activación de mTOR es el aumento de la inflamación. En general, las personas que viven en el mundo occidental viven en un estado de exceso de inflamación. Se ha descubierto que la alimentación restringida en el tiempo (TRF) ayuda a la respuesta inmunitaria, reduciendo la inflamación sistémica de bajo grado y las enfermedades crónicas relacionadas con la edad y vinculadas a la inmunosenescencia, sin comprometer el rendimiento muscular . La reducción de la inflamación observada en los individuos con restricción calórica se debe en parte a un aumento de la autofagia derivado de la RC (véase más adelante). Se ha demostrado que la vía mTOR desencadena el desarrollo de células T, células B y células presentadoras de antígenos (APC). De hecho, el resveratrol (que se encuentra en plantas como las uvas, el vino tinto, las moras y los cacahuetes) se ha descrito como un antiinflamatorio de amplio espectro de acción que atenúa la sobreactivación de las células microgliales mediante la inhibición de mTOR . La inhibición del NF-κB por parte del resveratrol provoca un aumento de la superóxido dismutasa (SOD) y da lugar a una disminución de las citoquinas proinflamatorias IL-1β, IL-6 y TNF-α .
Es probable que se necesiten análisis de todo el genoma para dilucidar las causas beneficiosas a nivel molecular de la restricción calórica. Por ejemplo, Dato et al. analizaron recientemente las interacciones SNP-SNP basadas en las vías de 3 vías: la señalización del factor de crecimiento similar a la insulina (IIS), la reparación del ADN y los pro/antioxidantes. Se encontraron efectos sinérgicos sobre la longevidad en la combinación de los genes del receptor secretagogo de la hormona del crecimiento (GHSR) y de la nucleasa de reparación de rotura de doble cadena MRE11 homóloga (MRE11A), que participan en la señalización IIS. El TP53 también tuvo efectos sinérgicos con el ERCC Excision Repair 2 (ERCC2) o la tiorredoxina reductasa 1 (TXNRD1). Estos resultados pusieron de manifiesto el papel central de TP53 en la activación de las vías de reparación del ADN y pro-antioxidantes.