El grupo de investigación del CIBEREHD que lidera José Carlos Fernández-Checa en el Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona (IIBB)-CSIC centra su investigación en el papel de la mitocondria y su defensa antioxidante en las enfermedades hepáticas y digestivas. Los estudios llevados a cabo por este equipo sobre la biología celular del colesterol y esfingolípidos y su tráfico intracelular han permitido la identificación de posibles nuevas dianas terapéuticas en enfermedades hepáticas y neurodegenerativas. En esta entrevista, el Dr. Fernández-Checa repasa estas contribuciones y los principales proyectos en los que trabaja su grupo.
-¿Cuáles son las principales líneas de investigación que centran la actividad de su grupo?
-El interés principal de la investigación de mi grupo es esclarecer el papel de la mitocondria y en particular, de su defensa antioxidante, en enfermedades hepáticas y neurodegenerativas. Esta actividad ha ido evolucionando desde el interés inicial del papel del glutatión (GSH) mitocondrial (mGSH) en la fisiología hepatocelular a los procesos que regulan su homeostasis y el impacto que la función mitocondrial tienen en la progresión de enfermedades hepáticas (desde esteatosis a hepatocarcinoma). Por ello nuestro interés científico se centra en el metabolismo lipídico, especialmente enfocado en colesterol y esfingolípidos, en la regulación y transporte del mGSH y de la función mitocondrial no sólo en enfermedades hepáticas, sino que nuestro interés también abarca a las enfermedades neurodegenerativas.
Todo ello se refleja en distintas líneas de investigación en desarrollo, que incluyen: la regulación del tráfico de colesterol a la mitocondria en esteatohepatitis alcohólica (EA) y no alcohólica (ENA) y su progresión al cáncer de hígado (HCC), el papel de los glicoesfingolípidos en la biología de las células estrelladas hepáticas y la fibrosis hepática, la comunicación entre lisosoma y mitocondria en enfermedades lisosomales y hepatotoxicidad por fármacos, el perfil lipídico como determinante de la función del injerto en el transplante hepático, y el papel del colesterol intracelular en la enfermedad de Alzheimer.
Uno de los aspectos más destacados de esta actividad ha sido la caracterización del papel crucial del mGSH en la supervivencia hepatocelular, lo que nos ha permitido establecer al mGSH como un factor determinante en la eficacia terapéutica de los antioxidantes en ENA, y de redefinir el concepto de estrés oxidativo no solo como un desequilibrio entre oxidantes y antioxidantes, sino como un delicado equilibrio entre los antioxidantes para evitar la generación de radicales libres.
Recientemente nos hemos centrado en el papel de la proteína transportadora de colesterol mitocondrial StARD1 y en el tráfico de colesterol a la membrana interna mitocondrial. Hemos generado ratones deficientes en StARD1 específicamente en hepatocitos, macrófagos y células estrelladas para examinar la contribución de StARD1 en EA/ENA y HCC. Finalmente, para potenciar la relevancia clínica de estas líneas de investigación, estamos investigando el papel del colesterol mitocondrial y esfingolípidos en un ratón quimérico con hígado humanizado xenotransplantado con hepatocitos humanos y stem cells.
-Uno de sus campos principales de investigación se centra en la enfermedad hepática inducida por alcohol, ¿cuáles han sido sus principales aportaciones en este campo y qué investigaciones tienen en marcha actualmente?
-El trabajo pionero en este campo fue la descripción que el metabolismo del alcohol depleciona selectivamente el mGSH debido al incremento de colesterol en la mitocondria, lo que determina una mayor sensibilidad a la acción de citoquinas inflamatorias como el TNF. En este sentido, hemos descrito que el consumo de dieta alcohólica enriquecida en colesterol determina una transición desde la esteatosis simple a EA. Al hilo de lo descrito arriba, actualmente estamos investigando el papel de StARD1 en la progresión de EA en ratones deficientes en StARD1 tanto en hepatocitos como en macrófagos. Asimismo, hemos observado que los ratones quiméricos con hígado humanizado son más susceptibles al desarrollo de EA respecto a ratones no humanizados, desarrollando fibrosis alcohólica. Además, hemos establecido un papel clave de la esfingomielinasa ácida (ASMasa) en la EA debido a su papel proapoptótico por la generación de ceramida, emergiendo como una posible diana terapéutica para la EA.
-Su trabajo investigador tiene una línea importante en el estudio del papel del colesterol mitocondrial sobre la esteatohepatitis y el carcinoma hepatocelular, ¿qué trabajos desarrollan en este campo y cuál es el balance de esta investigación?
-Una de nuestras principales contribuciones a la fisiopatología de la enfermedad del hígado graso ha sido el establecer el papel clave que juega el colesterol y su tráfico a la mitocondria en la progresión de ENA y que el tipo de grasa más que la cantidad de la misma es un determinante de la ENA. Por ello propusimos que el colesterol mitocondrial juega un papel proapoptótico, emergiendo como una diana terapéutica no solo a través de la acción de las estatinas—que poseen un papel pleitrópico más allá de la regulación del colesterol– sino de los inhibidores de la escualeno sintasa, que de manera más específica cataliza la síntesis de colesterol. Mientras que el colesterol mitocondrial ejerce un papel proapoptótico en la progresión de ENA, su acumulación en células HCC juega un papel antiapoptótico debido a la regulación de la permeabilidad de la membrana mitocondrial externa y en la activación del apoptosoma, estableciendo la paradoja del colesterol mitocondrial en la regulación de la muerte celular. En este sentido, nuestras últimas observaciones se han centrado en el papel del transportador de mGSH en HCC, en el que hemos descrito una sobreexpresión del transportador 2-oxoglutarato lo que permite transportar el GSH del citosol a la mitocondria, favoreciendo la progresión tumoral. Estas observaciones, por tanto, sugieren que la inhibición del 2-oxoglutarato podría ser de relevancia en HCC .
-También abordan la relación del colesterol mitocondrial en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y la enfermedad lisosomal NPC, ¿qué papel juega?
-Hemos caracterizado el papel clave del colesterol mitocondrial en la neurotoxicidad e inflamación en modelos genéticos de la enfermedad de Alzheimer (EA), cuya acumulación sensibiliza a neuronas al péptido beta amiloide (Ab) a través de la depleción del mGSH. Este proceso ha sido ilustrado con la generación de un nuevo modelo genético, un ratón triple transgénico APP/PS1/Tg-SREBP-2, en donde el incremento de la síntesis de colesterol por el Tg-SREBP-2 junto con la sobreproducción de Ab aceleran la patología de la EA. Hemos demostrado que la administración de un precursor permeable del GSH a la mitocondria mediante el ester de GSH previene la neuroinflamación y toxicidad y mejora la función cognitiva en el modelo APP/PS1/Tg-SREBP-2. Estos estudios por tanto identifican una nueva vía terapéutica para la EA. Estas observaciones se han extendido a la caracterización de la expresión de transportadores intracelulares de colesterol como StARD1 y NPC1 en muestras de corteza e hipocampo de pacientes con EA y síndrome de Down. En ésta misma línea, hemos observado que en la enfermedad de Niemann-Pick tipo C (NPC) además del incremento de colesterol en los lisosomas, también se produce un tráfico a la mitocondria, contribuyendo a su disfunción y a la inducción de estrés oxidativo tanto en hígado como en cerebelo en modelos de NPC.
-Su grupo también ha reportado el efecto de dietas ricas en determinados ácidos grasos saturados en el desarrollo de esteatohepatitis, ¿contra qué productos nos previene este estudio?
-Dicha investigación se centraba en la lipoapoptosis de los ácidos grasos saturados palmítico (PA, 16:0) y mirístico (MA, 14:0) y su impacto en ENA. Aunque el MA no es lipotóxico, su presencia potencia la lipotoxicidad del PA a través de la estimulación de la síntesis de novo de ceramida en el retículo endoplásmico (ER) y la inducción de estrés en el ER. Puesto que el MA está particularmente presente en el aceite de palma, nuestros estudios sugieren que el consumo de alimentos enriquecidos en aceite de palma puede contribuir a una lipodistrofia y esteatohepatitis.
-Una investigación de su grupo describía el papel de los lisosomas en la toxicidad hepática del paracetamol, ¿cuestionan estas conclusiones la seguridad del paracetamol?
-El paracetamol es uno de los analgésicos y antipiréticos más utilizados en el mundo y su consumo en las dosis recomendadas es relativamente seguro. Nuestros estudios, por tanto, no cuestionan la seguridad del paracetamol en dosis terapéuticas, pero sí ponen de manifiesto la hepatotoxicidad del consumo de paracetamol con fármacos que inhiben la ASMasa, entre ellos los antidepresivos tricíclicos, que resultan en el incremento del colesterol en los lisosomas, inhibiendo la mitofagia. Este estudio, además, introduce el concepto de que la interacción entre el colesterol lisosomal y la mitocondria modula la hepatotoxicidad por fármacos.
-Su grupo tiene una amplia experiencia en lipidómica y en la síntesis y caracterización (estructural y bioquímica) de moléculas dirigidas a dianas concretas, ¿qué potencial tiene esta especialización para abrir líneas de colaboración con otros grupos del CIBEREHD?
-Los lípidos ya no son considerados meros componentes estructurales de la bicapa lipídica, sino que han pasado a tener un reconocido papel como segundos mensajeros. Nuestra investigación sobre la biología celular del colesterol y esfingolípidos y su tráfico intracelular ha permitido la identificación de posibles nuevas dianas en enfermedades hepáticas y neurodegenerativas, señalando el potencial de la intervención a nivel de la escualeno sintasa, de la prevención del estrés en el RE, la inhibición de la síntesis de ceramida, o el equilibrio entre le mGSH y los miméticos de la superóxido dismutasa mitocondrial, entre otros. Cambios en la fluidez de las membranas mitocondriales debido a una alteración en la composición lipídica de las mismas, alteraciones en la autofagia por cambios en la composición lipídica lisosomal están, entre otros procesos, involucrados en el desarrollo de enfermedades hepáticas de diferente etiología.
Nuestro grupo siempre ha estado abierto a colaboraciones y ciertamente esta experiencia en lipidómica podría ser extrapolada a otros procesos fisiopatológicos en colaboración con otros grupos del CIBEREHD, lo que podría resultar en la identificación de nuevas vías de tratamiento no descritas hasta ahora.
*José Carlos Fernández-Checa es director del Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona (IIBB-CSIC), profesor de Investigación del CSIC, jefe del grupo de investigación “Regulación Mitocondrial de la Muerte Celular” del IDIBAPS, e IP del grupo G0035 del CIBEREHD ubicado en el Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona (IIBB) – CSIC.
