Análisis molecular de los genes calpaína-5, calpaína-10 y CYP19 aromatasa y su implicación en el desarrollo del síndrome metabólico

Las calpaínas constituyen una familia de cisteín-proteínas implicadas en una amplia variedad de funciones celulares con distribución tanto ubicua como tejido-específica. Algunos miembros de esta familia han sido relacionados con la etiopatogenia de enfermedades como la diabetes, las cataratas, la esclerosis múltiple, algunas distrofias musculares, el cáncer o la enfermedad de Alzheimer. CAPN10 es el miembro mejor estudiado de una subfamilia de estas proteasas que, junto a CAPN5 y CAPN6, se caracteriza por la ausencia de dominios denominados mano-EF y homología con el dominio T de C. elegans. CAPN10 se ha asociado a DMII y fenotipos relacionados tales como niveles plasmáticos de insulina, glucosa, colesterol y valores de IMC. CAPN10 también ha sido asociado al síndrome de ovario poliquístico (SOP), un trastorno de mujeres en edad reproductiva caracterizado por hiperandrogenemia en el que la resistencia a la insulina parece ser el determinante patogénico. Uno de los trabajos en los que se asoció el SOP a CAPN10 fue realizado por nuestro grupo y en él se identificó además asociación entre este gen y los niveles de colesterol. Intrigantemente, los trabajos iniciales que publicaron la asociación de CAPN10 con DMII señalaban la existencia de interacción entre CAPN10 y una región del cromosoma 15 que contiene el gen de la enzima CYP19 aromatasa. Esta enzima cataliza la conversión de andrógenos a estrógenos, la última e irreversible reacción de la síntesis de estrógenos a partir de colesterol. Nuestra hipótesis de trabajo fue que la asociación entre CAPN10 y DMII podía estar mediada por otros componentes frecuentemente asociados a la diabetes, concretamente, la elevación de los niveles de colesterol. Además, en los últimos años las teorías lipocéntricas del origen de la diabetes se están consolidando, empezando a ser considerados los lípidos agentes etiológicos y no únicamente signos de la enfermedad. Los niveles de colesterol y los niveles de estrógenos están estrechamente relacionados y en este vínculo participará la enzima CYP19 aromatasa. Puesto que las alteraciones en la ruta estrogénica se relacionan con alteraciones metabólicas tales como la obesidad, la hipercolesterolemia y la resistencia a la insulina, CYP19 podría per se influenciar diferentes parámetros bioquímicos y antropométricos, especialmente los niveles de colesterol. El homólogo humano de CAPN10 denominado CAPN58 no había sido estudiado con anterioridad en humanos aunque la región cromosómica que lo contiene ha sido ligada a DMII. El homólogo de CAPN5 en C. elegans, TRA-3, participa en la diferenciación sexual del nematodo, lo que apoya el vínculo entre la regulación metabólica y la diferenciación sexual. El otro miembro de esta subfamilia de calpaínas, CAPN6, está codificado por un gen del cromosoma X. Descartamos en principio CAPN6 porque sus niveles de expresión son muy bajos en el adulto. OBJETIVO GENERAL Analizar los genes CAPN5, CAPN10 y CYP19 en relación al riesgo cardiovascular, la resistencia a la insulina y, en general, a los distintos componentes del síndrome metabólico. OBJETIVOS CONCRETOS: - Análisis del gen CAPN10 en la población española y su relación con diferentes factores de riesgo cardiovasculares. - Análisis de su homólogo CAPN5 en relación a estas patologías humanas. - Análisis de CYP19 como gen relacionado con alteraciones metabólicas comunes en la población general. - Análisis de interacción entre los genes para elucidar las rutas comunes a estos genes. - Análisis comparado de los diferentes modelos estadísticos para los estudios de asociación genéticos. Análisis de los efectos de la corrección de Bonferroni para análisis múltiple. CONCLUSIONES La aplicación de correcciones por análisis múltiple en estudios de asociación genética exploratorios con múltiples objetivos no garantiza la variedad de las asociaciones resistentes a dichas correcciones, ya que factores como un reducido tamaño muestral pueden originar valores de p muy pequeños. La concordancia entre los diferentes estudios y la replicación en poblaciones independientes aportan nociones más sólidas de los parámetros biológicos relacionados con la función del gen objeto de estudio. La adecuada selección de la población de estudio debe garantizar la ausencia de estratificación y un tamaño muestral suficiente, puesto que la heterogeneidad entre los grupos analizados y la falta de poder estadístico constituyen importantes fuentes de error en los estudios de asociación genéticos. La función biológica de la calpaína 10 parece relacionada con la secreción de insulina, de acuerdo con publicaciones previas y los resultados de esta Tesis Doctoral. Dada la relación de la hiperinsulinemia basal con el desarrollo de resistencia a la insulina, las alteraciones de este gen podrían originar el desarrollo de diabetes tipo 2. La alta influencia de otros factores no genéticos (alimentación y actividad física especialmente) en la aparición de esta enfermedad podría explicar la falta de reproducibilidad de las asociaciones de CAPN10 con DMII en diferentes poblaciones. La relación de CAPN10 con los niveles de insulina basal puede asimismo explicar los indicios de asociación con otros parámetros influenciados en mayor o menor medida por esta hormona. Los resultados obtenidos en el estudio de calpaína 5 parecen sugerir un mecanismo de acción diferente al de su homólogo calpaína 10. CAPN5 parece estar más relacionada con la homeostasis lipídica y, particularmente, con los niveles de colesterol. La enzima convertidora de andrógenos en estrógenos CYP19 aromatasa se relaciona con los mismos parámetros metabólicos que CAPN5 pero a diferencia de esta, puede observarse la existencia de dimorfismo sexual. La identificación de posibles secuencias de respuesta a estrógenos (EREs) en la región promotora de CAPN5 y CAPN10, parecen indicar la regulación de la expresión de estas proteasas por los receptores nucleares estrogénicos, situación que podría estar relacionada con las interacciones detectadas con CYP19 aromatasa. Del mismo modo, la identificación de posibles secuencias de reconocimiento para diferentes receptores nucleares, entre ellos PPAR, en las regiones promotoras de las calpaínas analizadas, podría indicar la existencia de regulación transcripcional de estas proteasas medidas por receptores nucleares. Algunos autores han descrito este mecanismo en otros miembros de la familia calpaína en relación a la modulación de la expresión génica mitocondrial. La confirmación de estos mecanismos significaría un importante avance en la compresión de los efectos pleiotrópicos de esta familia de proteasas y las convertiría en interesantes dianas terapéuticas

Matrix metalloproteinase 10 is linked to the risk of progression to dementia of the Alzheimer's type

Alzheimer's disease has a long asymptomatic phase that offers a substantial time window for intervention. Using this window of opportunity will require early diagnostic and prognostic biomarkers to detect Alzheimer's disease pathology at predementia stages, thus allowing identification of patients who will most probably progress to dementia of the Alzheimer's type and benefit from specific disease-modifying therapies. Consequently, we searched for CSF proteins associated with disease progression along with the clinical disease staging. We measured the levels of 184 proteins in CSF samples from 556 subjective cognitive decline and mild cognitive impairment patients from three independent memory clinic longitudinal studies (Spanish ACE, n = 410; German DCN, n = 93; German Mannheim, n = 53). We evaluated the association between protein levels and clinical stage, and the effect of protein levels on the progression from mild cognitive impairment to dementia of the Alzheimer's type. Mild cognitive impairment subjects with increased CSF level of matrix metalloproteinase 10 (MMP-10) showed a higher probability of progressing to dementia of the Alzheimer's type and a faster cognitive decline. CSF MMP-10 increased the prediction accuracy of CSF amyloid-β 42 (Aβ42), phospho-Tau 181 (P-Tau181) and total tau (T-Tau) for conversion to dementia of the Alzheimer's type. Including MMP-10 to the [A/T/(N)] scheme improved considerably the prognostic value in mild cognitive impairment patients with abnormal Aβ42, but normal P-Tau181 and T-Tau, and in mild cognitive impairment patients with abnormal Aβ42, P-Tau181 and T-Tau. MMP-10 was correlated with age in subjects with normal Aβ42, P-Tau181 and T-Tau levels. Our findings support the use of CSF MMP-10 as a prognostic marker for dementia of the Alzheimer's type and its inclusion in the [A/T/(N)] scheme to incorporate pathologic aspects beyond amyloid and tau. CSF level of MMP-10 may reflect ageing and neuroinflammation