Función del receptor glucocorticoide en salud y enfermedad

El receptor glucocorticoide (GR), clonado en 1985,  forma parte de la familia de receptores nucleares que incluye 48 miembros en los humanos.  El GR tiene roles distintos, y probablemente separables, en el mantenimiento de la homeostasis de la glucosa, particularmente  en condiciones de ayuno, y en la respuesta al estrés, incluyendo la respuesta inmune.  Las hormonas glucocorticoides (GC)  son liberadas por la corteza suprarrenal en respuesta a la hormona adrenocorticotrópica (ACTH). Los GC (cortisol, por ejemplo) son derivados hidroxilados del colesterol, con estructura muy similar  a los esteroides aldosterona y progesterona. La aldosterona y el cortisol  tienen similar afinidad por el GR, pero como el cortisol circula en mayores concentraciones es el ligando dominante. La progesterona se une al GR con baja afinidad y es un antagonista. Esto puede ser relevante en los tejidos con altas concentraciones de progesterona como el tracto genital femenino. La aplicación terapéutica  de cortisol resulta en activación del receptor mineralocorticoide (MR) y por consiguiente  en retención de sal y agua. En el riñón, la activación del MR por el cortisol   está restringida, aunque no completamente,  por la acción de la enzima  11β-hidroxiesteroide deshidrogenasa tipo II. Los esfuerzos por producir  GC sintéticos están dirigidos a obtener compuestos que retengan la actividad de unión al GR, pero que pierdan los efectos mineralocorticoides.  Esto ha tenido como resultado compuestos más selectivos como la prednisona y la dexametasona. Sin embargo, aunque se ha alcanzado un cierto grado de separación  a través de las modificaciones, se mantiene una significativa reactividad cruzada con el MR.

El GR se encuentra en el citoplasma formando  complejos con proteínas  de shock térmico y experimenta cambios conformacionales que exponen las señales  de localización nuclear y modificaciones post-traslacionales en la unión del ligando. El receptor activado es hiperfosforilado  y traslocado al núcleo en donde se une a la cromatina o forma interacciones proteína-proteína para regular la transcripción de genes, directa e indirectamente. Directamente, el GR puede unirse como un dímero a sus elementos de respuesta (GRE) para actuar como factor de transcripción. Esta interacción puede promover (transactivación) o inhibir (transrrepresión) la transcripción  de un determinado gen. El elemento de respuesta  donde se une el GR para inhibir la transcripción es llamado GRE negativo (nGRE). Alternativamente, el GR puede modular la función  de otros factores de transcripción, uniéndose transitoriamente a ellos en un proceso conocido como “atadura”. Este proceso también puede  promover o inhibir la transcripción de genes, dependiendo  de la interacción específica. El GR también puede provocar la transrrepresión  compitiendo directamente con factores de transcripción alternativos por la unión a los elementos de respuesta.

Los primeros genes blancos de los GC estudiados fueron los involucrados en la gluconeogénesis. En estos estudios se identificó una secuencia  de ADN  requerida para la unión del GR, el cual forma un homodímero cabeza a cabeza en el ADN. Este homodímero recluta proteínas efectoras con actividad enzimática para remodelar la cromatina  y dirigir la ARN polimerasa II en la transcripción del gen. Este modelo explica algunos aspectos  de la acción de los GC, pero no todos. Se mantiene sin aclarar cómo este mecanismo podría explicar la regulación hacia arriba  de los genes de las enzimas de la gluconeogénesis  y la regulación hacia abajo de citoquinas y genes pro-inflamatorios.

La represión de los genes inflamatorios por los GC es terapéuticamente deseable y se ha hecho un gran esfuerzo para determinar cómo es que esto ocurre. La evidencia actual indica que distintas secuencias  de ADN se unen al GR y provocan en él una conformación diferente, el GR solo o unido localmente a otros factores  de transcripción  promueve un complejo multiproteico con función represiva.  Hay también efectos rápidos no genómicos de los GC a través  de interacciones  con rutas de señalización intracelulares. Sin embargo, los detalles siguen siendo inciertos, lo cual ha retardado el desarrollo  de nuevas y más específicas drogas anti-inflamatorias.

Un aspecto central en la investigación actual  es determinar cómo el GR actúa de manera específica  en un determinado tipo de célula. Estudios recientes han revelado que los sitios de unión del GR, y por lo tanto los genes blanco, son altamente específicos para cada tipo de célula. El ADN genómico existe en complejos con proteínas histonas  (cromatina) en una estructura altamente organizada. Si la arquitectura de la cromatina es alterada, se puede crear un ADN “abierto”,   accesible a la unión del GR, o un ADN “cerrado” que no puede ser alcanzado por el GR. Por supuesto, estos nuevos descubrimientos  sugieren nuevas maneras de cómo puede ser regulada la acción del GR, modificando la cromatina.

El control de la inflamación/inmunidad in vivo requiere una respuesta coordinada y es estímulo-específica.  Para apoyar una respuesta efectiva del huésped  es necesaria la movilización de fuentes de energía que proporcionen los requerimientos energéticos a la célula inmune. Este “switch” a un estado catabólico  es mediado en parte, por la activación del eje hipotálamo-hipófisis-adrenal y la hormona GC efectora cortisol (en humanos). La acción del  cortisol promueve la movilización -y síntesis de glucosa- y la liberación de ácidos grasos como sustratos energéticos. Sin embargo, en el sitio de la infección, las acciones del cortisol pueden ser perjudiciales si resultan en la disminución de la respuesta inmune y la supresión de la inflamación.  Entonces, las señales locales, las cuales incluyen citoquinas producidas localmente, actúan para prevenir u oponerse a la acción glucocorticoide.  La acción del cortisol en el sitio de la inflamación puede ser importante  en la promoción de la resolución a través de macrófagos tisulares en un estado M2 de polarización que permite la remoción de células inflamatorias y tejido dañado con restauración de la arquitectura y la homeostasis. Por lo tanto, hay un equilibrio dinámico entre señales pro y anti-inflamatorias en el sitio de la inflamación. En la acción del cortisol en la inflamación es relevante la proteína ligadora de cortisol (CBG). La CBG  deriva del hígado y transporta aproximadamente 90% del cortisol plasmático. La CBG es sometida a proteólisis en el sitio de la inflamación por  proteasas de los neutrófilos  por lo que libera cortisol libre. Adicionalmente, la afinidad del cortisol por la CBG es reducida por el aumento de temperatura, corporal  (fiebre) o local en el sitio de inflamación.

 La falla del organismo para resolver la inflamación  puede tener muchas causas, pero la pérdida o la alteración de la acción de los GC es un componente frecuente. Esto puede deberse a una resistencia congénita a los GC o más frecuentemente debido a procesos intrínsecos en el establecimiento y mantenimiento de la inflamación. Las consecuencias son severas, en algunos casos los pacientes desarrollan síndrome de Cushing iatrogénico.  Los mecanismos mejor caracterizados que causan resistencia a los GC involucran la insuficiencia  del GR para la transcripción de genes. El gen GR puede dar origen  a múltiples variantes: GRα (la isoforma más abundante), GRβ, GRγ, GR-A y GR-P. El GRβ carece de un dominio de unión al ligando funcional, pero forma heterodímeros negativos con GRα. Estos heterodímeros previenen la represión de los genes blanco de GR compitiendo por los sitios de unión  y coactivadores o represores. La relación de GRα a GRβ es más importante que  la expresión total. El incremento en GRγ está asociado con una pobre respuesta a los GC. La isoforma GRγ tiene una arginina adicional  en el dominio de unión al ADN y esto altera selectivamente la regulación de algunos genes blanco del GR. La expresión aumentada de GRγ se puede encontrar en algunas leucemias y se sospecha que es uno de los mayores contribuyentes de la  resistencia a los GC. Las isoformas GR-A y GR-P se encuentran en algunos cánceres como mieloma y leucemia, pero representan formas inactivas del GR debido a lesiones de exones que resultan en  incapacidad para unir ligando.

El estado pre-existente  de la arquitectura de la cromatina tiene un efecto profundo  sobre la actividad GC, no solamente  es el acceso a la cromatina controlado por tipo de célula, sino también  el estado de la célula. La arquitectura de la cromatina es  modificada por metil –y acetil- transferasas, enzimas importantes para determinar  las acciones y sitios de unión del GR. Por ejemplo, la resistencia a GC causada en la inflamación  por TNFα e INFγ es mediada por  la degradación de una enzima metil transferasa, MERM1, la cual es requerida para la unión del GR a los sitios blancos y por consiguiente para la regulación  de transcripción de genes. La MERM1 es un blanco directo  de la señal inflamatoria que juega un rol importante en la sensibilidad de células y tejidos  a los GC. Estos cambios de la cromatina hacen que los genes sean accesibles o inaccesibles para su transcripción.

Los estresores, incluyendo al estrés oxidativo, la hipercolesterolemia y la inflamación, pueden activar cascadas de señalización citoplasmáticas  que resultan en remodelación de la cromatina. La cromatina abierta es marcada por grupos acetil –y trimetil- que permiten el acceso al ADN. Estos grupos son agregados y removidos por acetiltransferasas de histonas (HAT) o desacetilasas de histonas (HDAC) y metiltransferasas/desmetilasas, respectivamente,  causando que la cromatina se vuelva condensada e inaccesible al GR. Los estresores pueden alterar el balance, o afectar la actividad, de estas enzimas que modifican la cromatina, produciendo una pobre respuesta a los GC. Las isoformas GR  pueden contribuir a la resistencia a los GC formando hetrodímeros  (αβ) negativos dominantes, previniendo la regulación transcripcional, o en el caso  de GRγ compitiendo por los sitios de unión del GR.  

A pesar de las poderosas capacidades anti-inflamatorias  e inmunosupresoras de los GC sintéticos, las altas dosis o su uso prolongado  inducen una variedad de efectos colaterales (hiperglucemia, osteoporosis, hipertensión y adelgazamiento de la piel) que limitan su aplicación terapéutica.  En este contexto, los agonistas GR selectivos (SEGRA), basados en las actividades  de transactivación y transrrepresión  de los GR, surgen como una nueva clase  de GC con un índice terapéutico mejorado. Los SEGRA interactúan con el GR de una manera similar  a los GC convencionales pero también son capaces de  inducir cambios conformacionales  en la estructura del receptor y promover la interacción proteína-proteína del GR y factores de transcripción  proinflamatorios (transrrepresión) o la unión directa GR-ADN (transactivación). Estos SEGRA han sido creados para promover  selectivamente la transrrepresión  del GR sobre los genes blanco y minimizar la transactivación a la que se le atribuye la inducción de los efectos colaterales. Los SEGRA representan una nueva clase de ligandos  que tienen el potencial de modular selectivamente la actividad transcripcional del GR.

Sin embargo, algunos genes que codifican proteínas anti-inflamatorias (ej. GILZ y DUSP1) son inducidos  a través  de transactivación, lo cual sugiere  que los ligando  que solamente inducen transrrepresión no pueden ejercer completamente los efectos anti-inflamatorios  de los GC convencionales. Más aún, el GR es capaz  de activar rápidamente cascadas de señalización de quinasas fuera del núcleo, algunas de las cuales tienen efectos protectores en células y tejidos en inflamación. Los cambios estructurales en el GR inducidos a través de la unión de los SEGRA pueden resultar  en una conformación  que tiene profundos efectos  en la capacidad  del GR para reclutar quinasas y por lo tanto pueden afectar negativamente su actividad anti-inflamatoria a nivel no genómico. Por otra parte, de los compuestos SEGRA que han superado las pruebas toxicológicas y de eficacia en modelos animales, muy pocos han superado las pruebas clínicas en humanos.

En conclusión, las acciones de los GC son específicas para tipos de células particulares. Los GC  a través de su receptor GR regulan el metabolismo de carbohidratos, la inflamación y el estrés. El desarrollo  de  moléculas GC sintéticas  que actúan como ligandos del GR ofrece nuevas oportunidades para tratar pacientes con enfermedades inmunes o malignas sin algunos de los efectos colaterales de los GC. En este contexto, han surgido drogas con actividad anti-inflamatoria selectiva, estos compuestos producen una conformación distinta del GR que puede permitir al receptor evadir la resistencia que proviene del sitio de la inflamación.  

Fuente: Carratti G et al (2015). Glucocorticoid receptor function in health and disease. Clinical Endocrinology 83: 441-448.