La proteína 1 que contiene dominios similares a inmunoglobulinas y repeticiones ricas en leucina [5], también conocida como LINGO-1, es una proteína codificada por el gen LINGO1 en humanos. [6] [7] Pertenece a la familia de proteínas repetidas ricas en leucina que son conocidas por desempeñar papeles clave [8] en la biología del sistema nervioso central . LINGO-1 es un componente funcional del receptor Nogo (inhibidor del crecimiento de neuritas), también conocido como receptor del retículo 4 .
Se ha sugerido que los antagonistas de LINGO-1 como BIIB033 [9] podrían mejorar y regular significativamente la supervivencia después de una lesión neuronal causada por la proteína. [10]
La proteína humana LINGO-1 es una proteína transmembrana de tipo 1 de un solo paso de 614 aminoácidos. Contiene una secuencia señal de 34 residuos, seguida de un dominio LRR ( repetición rica en leucina ), un dominio Ig (similar a inmunoglobulina), un dominio de tallo, una región transmembrana y una cola citoplasmática corta. Como proteína transmembrana, se puede encontrar principalmente en la membrana celular . [11]
Se ha demostrado que la estructura de LINGO-1 es muy estable tanto en su forma cristalina como en solución, gracias a su plegamiento compuesto de Ig repetidas ricas en leucina. Dado que el tetrámero tiene una superficie muy grande en la membrana celular, se cree que esto puede servir como una plataforma de unión estable y eficiente, facilitando la interacción con el complejo NgR, p75, TROY. [ cita requerida ]
El dominio extracelular consiste en la secuencia señal, 11 motivos LRR comprendidos entre los dominios de protección N-terminal y C-terminal , y el dominio similar a inmunoglobulina ( IgC2 ). [7] [12] El dominio LRR C-terminal es esencial para la función de la proteína con su detección de proteínas que interactúan con este dominio. La estructura, junto con el análisis biofísico de las propiedades de LINGO-1 han revelado que el pliegue compuesto LRR-Ig de la proteína puede impulsarla a asociarse consigo misma en una forma circular similar a un anillo, creando un tetrámero cerrado y estable en solución y en cristal.
La parte intracelular de la proteína está formada por la región transmembrana y una cola citoplasmática de 38 residuos. Contiene un sitio de fosforilación de tirosina similar al receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) canónico en el residuo 591 que es crítico para las señales intracelulares. [13]
LINGO-1 es un correceptor que interactúa con el receptor Nogo-66 (NogoR) que se une al ligando en el complejo de señalización del receptor Nogo. [12] El complejo del receptor Nogo se forma cuando Nogo-66 se une a su receptor. [14]
LINGO-1 es un homotetrámero que forma un complejo ternario con RTN4R / NGFR y RTN4R/ TNFRSF19 .
LINGO-1 contiene varios sitios de N-glicosilación que podrían tener un efecto negativo en su capacidad de autointeractuar con cis o trans, con otros socios o gangliósidos. [15] También contiene glicanos con alto contenido de manosa.
LINGO-1 se expresa casi exclusivamente en el sistema nervioso central (SNC). Se puede encontrar en el cerebro y en neuronas y oligodendrocitos . El ARNm de LINGO-1 se expresa de manera casi exclusiva en el sistema nervioso central durante las etapas embrionarias y postnatales. Se dirige a la membrana plasmática de las neuronas, pero es posible que se encuentren cantidades más pequeñas de la proteína en otros compartimentos intracelulares. [16] Su expresión más alta se encuentra en regiones específicas del cerebro humano adulto, como la corteza cerebral , una región involucrada en la función sensoriomotora, la cognición y la memoria de trabajo; el hipocampo , responsable de la memoria a largo plazo y la codificación y recuperación de información multisensorial; la amígdala , implicada en la respuesta al estrés; así como el tálamo , con un nivel de expresión más constante y basal en el resto del cerebro. [17]
Dado que LINGO-1 es una proteína repetitiva rica en leucina, conocida por su importante papel en las interacciones proteína-proteína en una amplia variedad de procesos celulares y su implicación en funciones importantes como la diferenciación y el crecimiento neuronal o la regulación de los procesos de guía y regeneración axonal, es lógico deducir que sus funciones están vinculadas con el sistema nervioso. [ cita requerida ]
LINGO-1 es un regulador negativo esencial de la mielinización . Se lo ha implicado en la inhibición de la regeneración axonal a través de un complejo ternario formado con NgR1 /Nogo-66 (subunidad de unión al ligando) y p75 (subunidad transductora de señales). NgR1 depende de sus correceptores para la señalización transmembrana. Los tres principales factores inhibidores asociados a la mielina son Nogo, la glicoproteína de mielina de oligodendrocitos y la glicoproteína asociada a la mielina, que comparten este complejo receptor trimolecular. La acción inhibidora se logra a través de la regulación positiva de RhoA - GTP en respuesta a la presencia de MOG , MAG o Nogo-66 en el sistema nervioso central. [12] LINGO-1 también inhibe la diferenciación y la mielinización de los precursores de oligodendrocitos , mediante un mecanismo que también implica la activación de RhoA, pero que aparentemente no requiere p75 o NgR1.
LINGO-1 participa en la regulación de la apoptosis neuronal al inhibir la actividad de la quinasa WNK3 . Se ha demostrado que el bloqueo del dominio extracelular de LINGO-1 altera la interacción entre las quinasas receptoras y LINGO-1, lo que atenúa directamente la inhibición de la supervivencia neuronal. Sin embargo, entre los cuatro miembros de la familia WNK, solo se ha demostrado que WNK3 regula y aumenta la supervivencia celular en una vía dependiente de la caspasa-3. [15] [18]
Para poder entender cómo estos componentes regulan los procesos de señalización se ha puesto en marcha un experimento "modelo de privación de suero" (SD) para inducir la apoptosis neuronal . [ cita requerida ] Las investigaciones muestran que los tratamientos ya sea con un constructo que contiene los dominios IgC2 o EGFR en la proteína LINGO1 o con Nogo66 que actúa como un agonista de NgR1, iniciando así una respuesta fisiológica cuando se combina con el receptor, resultando en un aumento de la tasa de apoptosis en neuronas corticales cultivadas primarias bajo SD. [ cita requerida ]
Además, la reducción de los niveles de expresión de la serina/treonina quinasa WNK3 (utilizando el silenciamiento génico mediante interferencia de ARN ( SchRNA )) o la inhibición de su actividad quinasa tuvo efectos similares en la supervivencia de dichas neuronas. Los efectos adversos de Nogo66 [19] han demostrado mejorar la coasociación de LINGO1 y WNK3, causando la unión de WNK3 al dominio intracelular de LINGO1, lo que conduce a una actividad quinasa WNK3 reducida. LINGO1 promueve la apoptosis neuronal al inhibir la actividad quinasa WNK3. [20]
LINGO-1 es capaz de interactuar con diferentes cofactores y correceptores, lo que puede conducir a la activación de vías de señalización que pueden tener un efecto en la regulación de la supervivencia neuronal, la regeneración axonal, la diferenciación de oligodendrocitos o los procesos de mielinización en el cerebro. [21]
Las interacciones conocidas son con proteínas como la glicoproteína de mielina de oligodendrocito, Nogo-A (inhibidor del crecimiento neurótico) y las glicoproteínas asociadas a la mielina. LINGO-1 también interactúa con proteínas transmembrana: EFGR , junto con su ligando factor de crecimiento epidérmico (EFG); factor neurotrófico derivado del cerebro (BNDF) y su receptor, proteína precursora amiloide (APP), y receptor de tropomiosina quinasa A ( TrkA ). Existen otras interacciones con proteínas que están implicadas en trastornos neurológicos y psiquiátricos: proteína deficiente en lisina WNK en la quinasa 1 ( WNK1 ), proteína quinasa 2/3 activada por mitógeno (MEK 2/3), quinasa 5 reducida por señal extracelular ( ERK5 ) , RhoA y otras. [22]
El gen LINGO-1 está codificado por el gen LINGO-1, que se encuentra en el cromosoma humano 15 , más precisamente en el locus 15q24-26, que es una región que tiene una implicación primordial en numerosos trastornos psiquiátricos, adictivos y relacionados con la ansiedad. Las alteraciones genómicas de estas regiones pueden ser factores de trastornos como la esquizofrenia, la depresión, el autismo, el trastorno de pánico o la ansiedad. [23]
Las regiones cerebrales identificadas como altamente expresantes de transcripciones de Lingo-1 también han sido fuertemente implicadas en trastornos neurológicos y psiquiátricos como lesión de la médula espinal , lesión cerebral traumática , esclerosis múltiple (EM), enfermedad de Parkinson , temblor esencial (TE), enfermedad de Alzheimer , epilepsia y glaucoma (enfermedades del sistema nervioso central); así como trastornos de estrés y pánico, esquizofrenia , amnesia , etc. [17] El papel de Lingo-1 en estos trastornos neurológicos consiste en su papel inhibidor en el crecimiento de neuritas, la diferenciación de oligodendrocitos y la mielinización, dificultando que el sistema nervioso regenere las áreas lesionadas, ya sea que estas lesiones provengan de procesos endógenos o exógenos.
La lesión de la médula espinal produce daño en los tractos axónicos cuya función es controlar la actividad motora y sensorial. Esta proteína se ha encontrado en estos tractos axónicos de médulas espinales de ratas adolescentes después de una lesión. Además, se detectó un aumento de cinco veces en los niveles de ARNm de Lingo-1 14 días después de la lesión. También se ha demostrado que Lingo-1-Fc, una forma soluble de Lingo-1, antagoniza las vías de señalización de Lingo-1 al inhibir la unión de Lingo-1 a NgR, en consecuencia, se observaron grandes mejoras en la recuperación funcional de ratas después de la hemisección lateral de la médula espinal. [17]
El temblor esencial , una de las enfermedades neurológicas más comunes, se caracteriza por el temblor postural y de acción. Investigaciones recientes muestran que alrededor del 20% de las personas que padecen esta enfermedad tienen un aumento de la proteína LINGO1 en su cerebelo , por lo que vincular LINGO1 al temblor esencial daría como resultado el desarrollo de terapias sintomáticas y tratamientos más efectivos. [24] [25] [26]
Se ha encontrado que existe un marcador en el genoma de LINGO-1, una variante (rs9652490) que se asocia significativamente con el temblor esencial, aumentando el riesgo de padecer la patología.
En cuanto a la enfermedad de Parkinson, que también es un trastorno del movimiento relacionado con la edad, se descubrió que los niveles de LINGO-1 son más elevados en la sustancia negra y el cerebelo [27] de los cerebros de pacientes con enfermedad de Parkinson post mortem en comparación con los grupos de control. Dudem et al., (2020) [27] también demostraron que LINGO1 es una nueva subunidad reguladora de los canales de gran conductancia activados por Ca2+ (BK). Se cree que la supervivencia de las neuronas dopaminérgicas y las anomalías conductuales se deben a la sobreexpresión de LINGO-1 en pacientes con Parkinson. [17]
La lesión cerebral traumática implica la muerte necrótica y apoptótica de las células cerebrales en áreas vulnerables y delicadas como la corteza cerebral y el hipocampo, donde se sabe que hay una expresión de Lingo-1 tanto en el desarrollo como en la etapa adulta de la vida. La señalización de RhoA es en gran parte responsable de la respuesta neuronal a las proteínas inhibidoras neuronales y de la regeneración (o falta de ella en caso de su activación) de los axones dañados. El receptor Lingo-1 estimula a RhoA, que activa a ROCK (quinasa RhoA) que, a su vez, estimula a la quinasa LIM , que luego estimula a la cofilina , que reorganiza eficazmente el citoesqueleto de actina de la célula. En el caso de las neuronas, la activación de esta vía resulta en el colapso del cono de crecimiento , por lo tanto inhibe el crecimiento y la reparación de las vías neuronales y los axones. La inhibición de esta vía por sus diversos componentes generalmente resulta en algún nivel de re-mielinización mejorada. [28] El uso de Lingo-1-Fc como antagonista de Lingo-1 muestra la inhibición de la activación de RhoA. Dado que esta forma soluble de Lingo-1 es capaz de bloquear las interacciones entre Lingo-1 y NgR, es razonable pensar que el bloqueo de RhoA se produce a nivel del complejo Lingo-1/NgR/p75 o TROY, lo que lleva a la conclusión de que Lingo-1 juega un papel muy importante en la falta de remielinización, reparación de lesiones neuronales y axónicas, etc. [17]
La esquizofrenia es un trastorno cerebral crónico, grave e incapacitante .
Como se ha dicho antes, la proteína que contiene dominios de inmunoglobulina y repeticiones ricas en leucina (Lingo-1) es un regulador negativo esencial de la mielinización y la extensión de las neuritas. Tanto la mielinización como el crecimiento de las neuritas se producen durante la maduración cerebral, y es durante este último período del desarrollo cerebral (adolescencia y adultez temprana) cuando se expresa por primera vez la esquizofrenia. De hecho, la mielinización alcanza su pico máximo durante la adolescencia tardía, coincidiendo con el inicio de la esquizofrenia. En consecuencia, una acción excesiva de Lingo-1 a través de la desmielinización y el bloqueo de la extensión de las neuritas puede ser una de las posibles causas de este trastorno.
Las regiones cerebrales que se encuentran altamente alteradas en la fisiopatología de esta enfermedad son el hipocampo y la corteza prefrontal dorsolateral . Por ello, se han desarrollado estudios clínicos con el fin de estudiar estas regiones cerebrales en personas que padecen esquizofrenia. Para investigar la hipótesis de que la fracción de mielina es menor en pacientes con esquizofrenia que en sujetos sanos, se utiliza una técnica llamada espectroscopia de resonancia magnética (ERM), que permite el análisis de la mielina. Estos estudios informaron que, de hecho, existía un perfil disfuncional de mielinización en estas dos áreas del cerebro en pacientes con esquizofrenia. [29]
Se realizaron estudios post mortem para comparar los niveles de la proteína Lingo-1 en estas dos regiones cerebrales (hipocampo y corteza prefrontal dorsolateral) entre sujetos esquizofrénicos y sanos. Se demostró que los niveles de Lingo-1 eran significativamente más altos en los esquizofrénicos que en los grupos de control. [30]
Teniendo en cuenta lo anterior, existe una clara relación entre esquizofrenia y desmielinización, por lo que esta enfermedad está relacionada con la proteína Lingo-1. Muy posiblemente, un tratamiento efectivo de esta enfermedad sería el uso de antagonistas de Lingo-1, como Anti-Lingo-1, que compensarían la falta de mielina y evitarían la enfermedad. Por lo tanto, este tratamiento aún se encuentra en vías de desarrollo e investigación. [31]
La esclerosis múltiple es uno de los trastornos neurológicos más comunes en adultos jóvenes y consiste en la destrucción y daño de la mielina del sistema nervioso central (SNC) debido a una inflamación persistente en el cerebro y la médula espinal. Se ha demostrado que esta desmielinización causa disfunción mitocondrial en los axones, lo que lleva a su degeneración. Estos daños alteran la capacidad del SNC para comunicarse, causando, por lo tanto, una amplia gama de síntomas que incluyen síntomas físicos, mentales e incluso psiquiátricos. La mejor manera de remielinizar es fomentando la diferenciación de células precursoras adultas endógenas en oligodendrocitos maduros en las regiones lesionadas. Estas células precursoras se denominan células precursoras de oligodendrocitos (OPC). Se sabe que en las primeras etapas de la EM la remielinización se puede lograr con éxito y eficiencia, mientras que no es posible en etapas tardías y progresivas. En cuanto a Lingo-1, sabemos que su vía de señalización es un regulador negativo de la diferenciación de las OPC, así como de Notch y Wnt.
Los antagonistas de Lingo-1 son capaces de promover la remielinización en el SNC mediante la estimulación de la diferenciación de las células OPC que antes estaban bloqueadas por esta proteína. Esto se ha observado en varios experimentos que dieron como resultado aumentos significativos de la diferenciación de oligodendrocitos al dirigirse a Lingo-1 con sus antagonistas, como el anticuerpo Anti-LINGO-1 ( BIIB033 ). [32]
El glaucoma es un grupo de enfermedades oculares que se caracterizan por presentar cambios morfológicos en la cabeza del nervio óptico y, por lo tanto, en los campos visuales de los pacientes. Existen dos tipos principales: glaucoma de ángulo abierto y glaucoma de ángulo cerrado. La pérdida de las células ganglionares de la retina (CGR ) y sus axones da como resultado la pérdida del campo visual. Cada vez hay más evidencia que apoya la existencia de una degeneración compartimentalizada en las sinapsis. Se ha demostrado que los primeros síntomas de esta enfermedad suelen ser la hipertensión ocular . La PIO elevada (presión intraocular) se ha identificado como la etiología del glaucoma que causa la degeneración neuronal de las CGR en la retina. [33]
Se descubrió que LINGO1 se expresaba en la retina normal y se regulaba positivamente en los RCG después de la inducción de hipertensión ocular en un modelo de glaucoma crónico en ratas. Por lo tanto, LINGO1 funciona como un regulador negativo de la supervivencia neuronal, la regeneración axonal y la diferenciación de oligodendrocitos. LINGO1 se une a TrkA e inhibe la mielinización por oligodendrocitos in vitro. Además, se une al receptor BDNF y TrkB inhibiendo la activación de TkrB mediante la unión de BNDF después de la inducción de hipertensión ocular.
Aunque el BDNF es un factor de supervivencia importante para las CGR tanto durante el desarrollo como en la vida adulta, el BDNF solo puede aumentar ligeramente la tasa de supervivencia de las CGR [33] y no “rescata” significativamente las CGR lesionadas en ojos hipertensos después de la cauterización de la vena epiescleral. La función reguladora negativa de LINGO1 puede estar involucrada en el efecto neuroprotector limitado del BDNF y podría revertirse después de bloquear la función de LINGO1.
LINGO 1 regula negativamente la activación de TrkB a través de la vía de señalización de BDNF/TrKB, y anti-LINGO-1 ejerce efectos neuroprotectores a través de la activación de BDNF/TrkB. [34] [35]
Mejor que el BDNF y el BII003 (antagonista del LINGO1) por separado, el tratamiento combinado de ambos proporciona neuroprotección del RCG a largo plazo después de la inducción de hipertensión ocular. En conclusión, el BII033 puede proporcionar una estrategia terapéutica atractiva para promover la neuroprotección en el glaucoma. [33]
El bloqueo de la actividad de lingo-1 tiene varias aplicaciones potenciales en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas . [22] [36]
(La vaina de mielina es una capa protectora lipídica que cubre y protege las células nerviosas (axones). Estas vainas hacen posible la transmisión rápida y precisa de las señales nerviosas. La esclerosis múltiple destruye estas vainas de mielina, lo que conduce a un deterioro en la transmisión de señales nerviosas. Una vez que se elimina esta capa protectora de mielina, conduce a la apoptosis de la neurona; los axones mueren gradualmente, lo que causa los espasmos musculares y la parálisis que son característicos de la enfermedad. [37] )
Anti-lingo-1 ( BIIB033 ) es un anticuerpo monoclonal específico para la proteína lingo-1 y está diseñado para promover la remielinización (la formación de nueva mielina en los axones ) y la neuroprotección . [20] [38] La proteína lingo-1 inhibe la acción de las células productoras de mielina, los oligodendrocitos , que rodean los axones. Su antagonista, el anticuerpo anti-lingo-1 bloquearía esta proteína e incluso sería capaz de reparar la mielina.
Se han completado o están en curso varios ensayos clínicos del fármaco de anticuerpo anti-lingo-1 (BIIB033). [39] La neuritis óptica aguda (NOA) es una enfermedad que implica daño dentro de las fibras nerviosas y pérdida de mielina dentro del nervio óptico (normalmente afecta a un ojo y se caracteriza por inflamación ). [40] Un ensayo clínico que estudia los efectos del BIIB033 en la neuritis óptica aguda. [41] A lo largo del estudio, se midió la latencia de conducción del nervio óptico (el tiempo que tarda una señal en viajar desde la retina hasta la corteza visual del cerebro ). [42] Como aproximadamente la mitad de los pacientes con neuritis óptica desarrollarán posteriormente esclerosis múltiple, también se está considerando el tratamiento con anticuerpos BIIB033 para la primera enfermedad . Se cree que el anti-Lingo-1 produciría la mielina necesaria para evitar la neurodegeneración . [9]