La granulina es una proteína que en los humanos está codificada por el gen GRN . [5] [6] [7] Cada proteína granulina se escinde de la progranulina precursora , una proteína de 593 aminoácidos de longitud y 68,5 kDa . [8] Si bien la función de la progranulina y la granulina aún no se ha determinado, ambas formas de la proteína se han implicado en el desarrollo , la inflamación , la proliferación celular y la homeostasis de las proteínas . El descubrimiento en 2006 de la mutación GRN en una población de pacientes con demencia frontotemporal ha estimulado muchas investigaciones para descubrir la función y la participación en la enfermedad de la progranulina en el cuerpo. Si bien existe un creciente número de investigaciones sobre el papel de la progranulina en el cuerpo, los estudios sobre residuos específicos de granulina aún son limitados.
La progranulina es la proteína precursora de la granulina. La escisión de la progranulina produce una variedad de péptidos de granulina activos de 6 kDa. Estos productos de escisión más pequeños se denominan granulina A, granulina B, granulina C, etc. Las epitelinas 1 y 2 son sinónimos de granulinas A y B, respectivamente. La escisión de la progranulina en granulina se produce en la matriz extracelular o en el lisosoma . La elastasa , la proteinasa 3 y la metaloproteinasa de matriz son proteasas capaces de escindir la progranulina en péptidos de granulina individuales. [8] [9] La progranulina y la granulina se pueden diferenciar aún más por sus supuestas funciones opuestas en la célula. Si bien la progranulina se asocia con la antiinflamación , los péptidos de granulina escindidos se han implicado en el comportamiento proinflamatorio . Un estudio de C. elegans demostró que los péptidos de granulina también pueden participar en la actividad tóxica. [9]
La progranulina se expresa en una amplia variedad de tipos de células tanto en la periferia como en el sistema nervioso central . La expresión de progranulina es baja en las primeras etapas del desarrollo, pero aumenta a medida que las células maduran. [10] Los tipos de células que expresan progranulina incluyen neuronas , microglía , astrocitos y células endoteliales . [11] Se ha descubierto que la progranulina se expresa altamente en la microglía y se regula positivamente durante la lesión. [11] [10] Dentro del cerebro, el ARNm de progranulina se expresa altamente en las células piramidales , del hipocampo y de Purkinje . [8]
Cada péptido del dominio de granulina individual tiene 60 aminoácidos de longitud. Los péptidos de granulina son ricos en cisteína y capaces de formar 6 enlaces disulfuro por residuo. [9] Los enlaces disulfuro forman un núcleo central en forma de varilla que transporta cada péptido de granulina individual en una configuración de lámina β apilada . [11] [8] La estructura de la proteína granulina es similar a la estructura de las proteínas de familias de proteínas que consisten en hormonas , factores de crecimiento , moduladores de canales iónicos e inhibidores de enzimas . [11] Debido a las similitudes estructurales de la progranulina con estas proteínas, se realizaron muchas investigaciones para interrogar el papel potencial de la progranulina como factor de crecimiento. Cuando la progranulina se secreta en la matriz extracelular , a menudo se glicosila en cuatro sitios de glicosilación ligados a N confirmados y uno provisional. [11] [9] Se supone que el extremo n-terminal de la progranulina está involucrado en la secreción de progranulina a través de vesículas secretoras. [11] Específicamente, la progranulina puede estar involucrada en la regulación de la excreción de exosomas. [12] Se supone que el extremo C de la progranulina es el principal socio de unión de SORT1 , un receptor de progranulina extracelular. [13] [11] Las diferencias estructurales entre cada péptido de granulina individual aún no se han caracterizado.
En la matriz extracelular , la progranulina se une a receptores en varios tipos de células, lo que resulta en la activación de una vía de transducción de señales o su absorción en la célula. Varios estudios han demostrado la participación de la progranulina en la unión de SORT1 y el posterior tráfico de la progranulina unida al lisosoma . [11] Un estudio reciente ha demostrado que la progranulina en realidad puede mediar el tráfico de prosaposina al lisosoma a través de SORT1 . [14] Sin embargo, la ausencia de SORT1 no impide que la progranulina exógena promueva el crecimiento de neuritas o mejore la supervivencia celular de las células GRN knockout, lo que sugiere que otros receptores participan en la mediación de la función de la progranulina extracelular [15] Por ejemplo, las células neuronales SORT1 -/- todavía son capaces de unirse a la progranulina. [15] Otros estudios han sugerido que el factor de necrosis tumoral y el receptor A2 de EPH son posibles facilitadores de la progranulina. [11] Después de unirse al receptor, la progranulina puede inducir y modular vías de señalización como MAPK/ERK , PI3K/Akt y FAK . [9] [15] El análisis de enriquecimiento de ontología genética revela una asociación entre la progranulina y la señalización del receptor Notch . [9] También se ha demostrado que la granulina interactúa con la ciclina T1 [16] y TRIB3. [17]
Aunque la expresión de progranulina aumenta a medida que las células maduran, [10] todavía participan en el desarrollo de múltiples tipos de células. Se plantea la hipótesis de que la progranulina es un factor neurotrófico implicado en la corticogénesis . Las líneas de células madre pluripotentes inducidas (IPSC) que albergan la mutación GRN muestran una disminución en la capacidad de diferenciación neuronal cortical. [18] Un estudio reciente en ratones sugiere que la progranulina puede estar involucrada en la regulación del desarrollo temprano del tejido cerebeloso mediante la selección de fibras trepadoras individuales a medida que se cruzan y forman sinapsis con las células de Purkinje . [19] Además, varios estudios implican a la progranulina en la poda sináptica , un proceso microglial que ocurre durante el desarrollo de la red neuronal. [20] Se ha descubierto que las citocinas , un marcador neuronal para la eliminación de sinapsis, están reguladas positivamente en las neuronas con la mutación GRN. [20] El aumento del etiquetado de citoquinas da como resultado un aumento en la densidad microglial y la actividad alrededor de las sinapsis . [20] La progranulina también puede estar involucrada en la determinación sexual durante el desarrollo embrionario . [8]
Los niveles de progranulina se elevan cuando el tejido está inflamado. Después de una herida, los queratinocitos , macrófagos y neutrófilos aumentan la producción de progranulina. [8] Los neutrófilos son capaces de secretar elastasa en la matriz extracelular que es capaz de escindir la progranulina en péptidos de granulina, que promueven aún más la inflamación . [8] Los neutrófilos y macrófagos también liberan SLPI , inhibidores de la elastasa , para modular la escisión de la progranulina. [8] La adición de granulina B en células epiteliales cultivadas hace que las células secreten IL-8 , una sustancia química que atrae monocitos y neutrófilos, lo que sugiere además la participación de los péptidos de granulina en la promoción de la inflamación. [8] La adición de SLPI exógeno y progranulina puede aliviar la respuesta inflamatoria mejorada de ratones que no pueden inhibir la escisión de progranulina. [8]
La progranulina se expresa altamente en células que son de naturaleza altamente proliferativa. [8] Varios estudios implican a la progranulina en la tumorigénesis y el crecimiento neuronal. La progranulina promueve la mitogénesis en cultivos epiteliales . [8] Cuando se cultivaron dos líneas epiteliales en medios con PGRN recombinante, se estimuló la proliferación. [9] La eliminación de ambos homólogos de progranulina en un modelo de pez cebra reduce el crecimiento axonal . [10] En las neuronas corticales y motoras primarias , la progranulina regula el crecimiento y la supervivencia neuronal. [10] En las neuronas motoras primarias, se ha demostrado que la progranulina aumenta el crecimiento de neuritas al regular la glucógeno sintasa quinasa-3 beta . [10] La progranulina puede funcionar como un factor de crecimiento autocrino en la tumorigénesis . [15]
El descubrimiento de una mutación de GRN que conduce al trastorno de almacenamiento lisosomal dio lugar a muchos estudios que exploraron el papel de la progranulina en la regulación de la homeostasis de las proteínas a través de la vía lisosomal . El estudio de interferencia de la red de genes transcripcionales sugiere que la progranulina está muy involucrada en la función y organización lisosomal. [21] Los estudios de imágenes han demostrado la co-localización de la progranulina y el marcador lisosomal LAMP-1 . [11] La expresión de progranulina está regulada por TFEB , un factor de transcripción que media en las proteínas implicadas en la biosíntesis lisosomal. [11] La progranulina puede estar involucrada en la regulación de la actividad de la proteasa . Las proteasas que podrían ser reguladas por la progranulina incluyen la prosaposina, que se escinde en péptidos de saposina en el lisosoma , y la catepsina D , la proteasa primaria involucrada en la descomposición de los agregados de proteínas. [9] La mutación GRN comparte una neuropatología y un fenotipo clínico similares con las mutaciones CHMP2B y VCP , genes que están involucrados en el tráfico y la degradación de proteínas involucradas en la función lisosomal. [8]
"La mutación heterocigótica del gen GRN que conduce a la haploinsuficiencia de progranulina causa demencia frontotemporal ". [22] [23] [24] Estas mutaciones incluyen desplazamiento del marco de lectura , sitio de empalme , péptido señal sin sentido, interrupciones de la secuencia de Kozak y mutaciones sin sentido , que resultan en una descomposición mediada por un sin sentido o en la producción de proteínas no funcionales. [8] Los pacientes con DFT causada por GRN (DFT-GRN) exhiben atrofia cerebral asimétrica , aunque la edad de inicio, la progresión de la enfermedad y los síntomas clínicos varían, lo que sugiere que otros factores genéticos o ambientales pueden estar involucrados en la expresión de la enfermedad. [10] [8] Los indicadores patológicos incluyen depósitos de ubiquitina citosólica enriquecidos en la proteína 43 de unión al ADN TAR hiperfosforilada (TDP-43), agregados de proteínas relacionados con la autofagia , proteína p62 de unión a ubiquitina, inclusiones intranucleares lentiformes , neuritas distróficas e inflamación . [15] [8] [9] Los pacientes con la mutación heterocigota exhiben una reducción de 70 a 80 % de los niveles séricos de progranulina en comparación con los controles. [15] Las células madre reprogramadas restauran los niveles de ARNm de GRN al 50%, lo que sugiere además que algún otro factor genético o ambiental está involucrado en la regulación de la expresión de la enfermedad FTD. [15] Los ratones exhiben un flujo autofágico reducido y una eliminación dependiente de la autofagia . [9] Los fibroblastos derivados de FTLD-GRN humano muestran una disminución de la actividad de la proteasa lisosomal y los linfoblastos que contienen material de almacenamiento similar a la lipofuscinosis ceroide neuronal. [9] Las neuronas corticales FTLD-GRN IPSC tienen vesículas agrandadas, acumulación de lipofuscina y deficiencia de catepsina D. [9]
La mutación homocigótica del gen GRN causa lipofuscinosis ceroide neuronal (NCL) caracterizada por una acumulación de lipofuscina autofluorescente , vacuolas agrandadas , deterioro de la actividad lisosomal , degeneración de la retina y el cerebro, respuestas inflamatorias exageradas , microgliosis, astrogliosis y disfunción del comportamiento como TOC -like y Comportamiento similar a la desinhibición. [15] [9] Los ratones GRN doblemente mutantes envejecidos tienen depósitos de lipofuscina y lisosomas agrandados , mientras que un grupo encontró TDP-43 fosforilado . [9]
La progranulina también puede estar implicada en el desarrollo del cáncer , la aterosclerosis y otras enfermedades metabólicas , la enfermedad de Alzheimer , la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la encefalopatía TDP-43 relacionada con la edad de predominio límbico (LATE). [25]
La progranulina puede promover la expresión de ciclina D1 en líneas de cáncer de mama y la fosforilación de proteínas a través de vías de señalización de quinasas reguladas extracelulares . [8] La progranulina se expresa altamente en carcinomas de ovario , suprarrenales y células epiteliales inmortalizadas . [8] Existe una correlación entre la concentración de progranulina y la gravedad del cáncer . [9] La liberación de granulina por los macrófagos se ha asociado con metástasis hepáticas fibróticas en el cáncer de páncreas. [26] La duela hepática humana Opisthorchis viverrini contribuye al desarrollo del cáncer de las vías biliares (hígado) al secretar una hormona del crecimiento similar a la granulina. [27]
La progranulina también puede participar en la promoción de la progresión de la aterosclerosis. [15] Si bien la progranulina puede ser antiaterogénica, las granulinas pueden ser proaterogénicas. [15] Aumento de los niveles de progranulina en suero y plasma en pacientes con diabetes tipo 2 y obesidad visceral , lo que implica a la progranulina en enfermedades metabólicas . [15]
Un reciente estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) ha descubierto que las variaciones genéticas en GRN están asociadas con la enfermedad de Alzheimer esporádica de aparición tardía (LOAD) . Estas variaciones genéticas cambian las vías de degradación de la proteína mal plegada, lo que contribuye a la acumulación de β-amiloide mal plegada y a la formación de placa. [28]