Eritropoyetina: blancos y acciones

La eritropoyetina (EPO), un miembro de la superfamilia de citoquinas tipo 1, fue aislada en 1977 y  su gen fue clonado en 1985. Inicialmente conocida como regulador humoral de la eritropoyesis, en la actualidad las acciones de la EPO se extienden a una variedad de tipos de células, tejidos y órganos. La identificación de la expresión del receptor de EPO (EPOR) en diferentes tipos de células ha dado lugar a los efectos no-eritropoyéticos de la EPO. Ahora sabemos que la EPO tiene efectos directos sobre  células inmunes, células endoteliales, células del estroma de la médula ósea, así como también sobre células de corazón, sistema reproductivo, tracto gastrointestinal, músculo, riñón, páncreas y sistema nervioso. La EPO también está involucrada en la regulación de la angiogénesis.

En los humanos y otros mamíferos, la eritropoyesis normalmente procede en una tasa basal baja, reemplazando los eritrocitos envejecidos  por reticulocitos jóvenes. Sin embargo, la producción de células rojas puede aumenta hasta  ocho veces su tasa basal en una variedad de situaciones como hemorragia, hemolisis y otros tipos de alteraciones de  oxigenación  de la sangre arterial o de aporte de oxígeno a los tejidos. La EPO es probablemente el único mediador de la inducción hipóxica de la eritropoyesis. La hormona  estimula a los progenitores eritroides en la médula ósea a madurar en eritrocitos, actúa sobre las unidades formadoras de colonias eritroides para prevenir su apoptosis e inducir la expresión de proteínas específicas de las células eritroides. Durante el desarrollo fetal, la EPO es producida principalmente en el hígado, pero después del nacimiento, el riñón produce aproximadamente 80% de la EPO circulante. En el hígado, la EPO es producida en hepatocitos y células intersticiales y en el riñón en los fibroblastos peritubulares de la corteza en los límites con la médula renal. La EPO circula en el plasma con una vida media de 7 a 8 horas.

La hipoxia induce un incremento de la producción de EPO en el riñón, la cual es liberada en la circulación  y se une a receptores expresados en la superficie de células progenitoras eritroides en la médula ósea para promover su viabilidad, proliferación y diferenciación produciéndose un incremento de la masa de células rojas. Como resultado, aumenta la capacidad de transportar oxigeno de la sangre  y se incrementa la tensión de oxígeno en los tejidos. Esto completa el asa de retroalimentación por lo que se detiene la producción de EPO en el riñón. El hallazgo de ARNm y proteína EPO  en los progenitores eritroides sugiere la posibilidad de que en la eritropoyesis tónica de bajo nivel, la EPO actúe de maneraautocrina, mientras que la EPO circulante  actuaría  en  la eritropoyesis durante el estrés hipóxico.

El gen de la EPO humana está localizado en el cromosoma 7q11-22, consiste de cinco exones y cuatro intrones y codifica un polipéptido de 193 residuos. Este polipéptido experimenta modificaciones postraslacionales como la N-glucosilación de tres residuos, la O-glucosilación de un residuo y la remoción de 28 aminoácidos, resultando en un polipéptido de 165 aminoácidos. La EPO como otras citoquinas hematopoyéticas se pliega en una estructura globular tridimensional que consiste en cuatro α hélices conectadas por asas estabilizadas por un puente disulfuro entre las hélices amino terminal y carboxilo terminal.

La inducción hipóxica de la EPO depende en gran parte de dos factores de transcripción: el factor inducible por hipoxia (HIF) y el receptor nuclear HNF-4. Estas dos proteínas  interactúan con el coactivadortranscripcional p300 disparando la activación transcripcional. El HIF es un heterodímero  compuesto por una subunidad α de 120 KD y una subunidad β de 91-94 KD. La proteína HIF-α solamente puede ser detectada en células desoxigenadas o expuestas a agentes quelantes de hierro o algunos metales de transición como el cobalto, los cuales inducen la transcripción de genes dependientes de HIF. En las células oxigenadas, la proteína  HIF-α es inestable, forma complejos con proteínas von Hippel–Lindau que  facilitan  su degradación  en los proteasomas.  La baja tensión de oxígeno elimina este proceso permitiendo  la acumulación de subunidad HIF-α  que entra al núcleo y forma un heterodímero estable que puede participar en la regulación de la transcripción  del gen de EPO. Específicamente, la porción carboxilo terminal de HIF-α se une a la proteína p300. Esta proteína no se une al ADN sino que interactúa con otras proteínas como la HNF-4.  El receptor orfan HNF-4 juega un rol crítico en la regulación el gen EPO.  La expresión de HNF-4  se limita a la corteza renal, hígado e intestino y se une a un incrementador EPO 3` contribuyendo a la inducción del gen EPO así como a su especificidad tisular. En resumen, el heterodímero HIF, activado por la hipoxia, participa en un ensamble macromolecular con p300 y HNF-4 para transducir una señal al promotor EPO que activa la transcripción del gen EPO.

La ruta de señalización  intracelular inducida por la EPO en las células progenitoras eritroides es mediada por la homodimerización EPOR-EPOR. Esto inicia la activación de la Januskinasa (JAK) 2  y del transductor de señal  y activador de  transcripción (STAT) 5, así como también de la proteína kinasa activada por mitógenos (MAPK) y del NF-κB. La activación del NF-κB a su vez inicia una serie de eventos, incluyendo la liberación de múltiples citoquinas. La señalización intracelular de la EPO puede también  ser vía receptor heterodímero compuesto por un monómero EPOR y un CD131. Este complejo heterodímero, cuya activación requiere concentraciones más altas de EPO que el EPOR homodímero, se encuentra en células no eritroides. Se desconoce si un tipo de célula puede expresar ambos EPORs y cómo esto puede afectar los efectos celulares e intracelulares inducidos por la EPO.

Los efectos de los EPO pueden variar en los diferentes tipos de células. Por ejemplo, aunque la EPO activa al NF-κB en las células eritroides, inhibe esta ruta en los macrófagos, lo cual produce   disminución de la producción de TNF y de la expresión de la sintetasa de óxido nítrico (NOS). Varios genes blanco de la EPO son factores importantes en el mantenimiento de las células progenitoras eritroides. La cascada de señalización EPO-EPOR en los efectos citoprotectores  de la EPO sobre las poblaciones  de eritroblastos involucra un eje serpina-lisosoma-catepsina.  Serpina 3g es un gen activado por la EPO a un nivel similar de los otros genes mayores que responden a la EPO como el oncostatina-M. Oncostatina-M es un factor homeostático para la proliferación de diferentes células progenitoras mieloides, incluyendo las células progenitoras eritroides. La activación de serpina 3g inhibe las catepsinas B y L, así como las proteasas  derivadas de lisosomas, con lo cual se protege a las células de la muerte. La EPO también protege contra diabetes tipo 1  y tipo 2. En modelos animales, esta protección es mediada por la señal JAK2 directamente en las células β del páncreas y se manifiesta a través de la proliferación y supervivencia de las células β, disminución de la inflamación e incremento de la angiogénesis en los islotes pancreáticos. 

En el desarrollo del cerebro, EPO y EPOR son expresados ampliamente en neuronas, astrocitos y células endoteliales. En modelos animales, la EPO confiere neuroprotección contra el shock, la compresión de la médula espinal, la neuropatía diabética y la encefalomielitis autoinmune.  Altas dosis de EPO recombinante confieren protección  en modelos animales de isquemia cardiaca e infarto de miocardio. Los efectos saludables de la EPO y sus derivados en los modelos experimentales de isquemia y otros tipos de daño pueden ser debidos  a su efecto sobre  el endotelio vascular. La EPO estimula la proliferación, movilización y diferenciación  de los células progenitores endoteliales  y también bloquea la apoptosis de   las células endoteliales, aumentando su viabilidad y supervivencia.  La EPO puede aumentar significativamente la neovascularización inducida por la inflamación y la isquemia.

A menudo una citoquina trabaja en combinación  con otra citoquina, creando eventos que pueden ser de mayor significado fisiológico que las acciones de una sola citoquina. En este sentido, aunque la EPO sola puede estimular  a los progenitoreseritroides,  la EPO en combinación con la citoquina factor stemcell  (SCF) induce la proliferación  de más progenitores eritroides inmaduros. De manera similar, la EPO en combinación con  IL-3 y  GM-CSF puede actuar sobre  más  progenitores eritroides inmaduros.  La influencia de otras citoquinas sobre los efectos de la EPO ha proporcionado nueva  y sorprendente información sobre la hormona. Así, por ejemplo, la enzima dipeptidilpeptidasa 4 (DPP4), la cual está presente  en la superficie de muchos tipos de células  y en forma soluble en la circulación, trunca la molécula de EPO en el extremo N-terminal cambiando su actividad biológica, lo cual la vuelve incapaz de inducir la eritropoyesis.  La EPO truncada bloquea la actividad eritropoyética de la EPO de longitud completa.

Fuentes: Broxmeyer HA (2013).  Erythropoietin:  multiple targets, actions, and modifying influences for biological and clinical consideration.  The Journal of Experimental Medicine 210: 205-208.

Bunn HF (2013). Erythropoietin. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine 3: 3:a011619.