Regulación mineralocorticoide  de la función celular

Los mineralocorticoides y el receptor mineralocorticoide (NR3C2, MR) regulan numerosos procesos fisiológicos incluyendo el control  de electrolitos, el volumen extracelular, la presión sanguínea, el pH intracelular, los potenciales de acción cardiacos y la función vascular, entre otros.  El MR puede cambiar la función celular  a través  de varios mecanismos. La aldosterona  modifica el transporte  de sodio  a través de la transcripción de genes, un mecanismo  critico para la homeostasis de sal.  La activación del MR también dispara  respuestas rápidas que son insensibles a inhibidores de la transcripción, lo  que sugiere una acción no genómica. Más aún, los mineralocorticoides pueden activar receptores distintos a los MR citoplasmáticos “clásicos”  como ligandos de un receptor de membrana o influyendo en la señal  de un receptor poco relacionado como el receptor de angiotensina 1 (AGTR1).  Estos sistemas  no actúan aislados, sino cada uno facilitando, complementando, aumentando  o disminuyendo al otro.

En humanos, el MR es parte de una familia  de factores de transcripción  activados por esteroide y tiene una significativa similitud con el receptor glucocorticoide (NR3C1, GR) y el receptor de progesterona (PGR). Todos  son receptores nucleares  que contienen un dominio amino terminal (NTD), un dominio de unión a ADN (DBD), una región bisagra y un dominio de unión a ligando (LBD). El MR y otros  receptores de hormonas esteroides son activados a través de la interacción ligando-LBD, pero otras partes de su estructura pueden afectar los resultados. El NTD, vía activación de los sitios función-1 (AF-1a y AF-1b), interactúa con proteínas nucleares y, con los sitios AF-2 en el LBD, pueden unirse a moléculas  co-reguladoras que modifican la función transcripcional. En el estado basal o no unido a ligando, el MR se localiza   predominantemente en el citoplasma como parte de un complejo heterogéneo con  las chaperonas proteínas de shock térmico (HSP) como la HSP90, inmunofilinas (como la FKBP52) y la proteína fosfatasa 5. La HSP90  facilita  la unión del ligando al MR, mientras la FKBP52 es importante en la migración citoplasma-núcleo del MR después de la unión del ligando. Una vez en el nucleoplasma, el MR se disocia  de sus chaperonas  para permitir la unión al ADN y formar dímeros. El MR no solo forma homodímeros, sino también heterodímeros con GR, lo cual resulta en diferentes respuestas transcripcionales.  El grado de heterodimerización  depende  de la abundancia relativa  de MR y GR activados, lo cual  es influenciado por la disponibilidad de hormona, el manejo esteroide especifico de célula y la expresión  de receptores.  El DBD del MR se une a secuencias específicas de ADN, conocidas como  elementos de respuesta a hormona (HRE) para regular la transcripción  de genes. Los HRE también pueden unir GR. La estructura del DBD  del MR cuando se une al HRE es similar  a la del GR.  En muchos HRE, las secuencias adyacentes  a los motivos consenso facilita la unión  de factores  de transcripción no hormonales como proteína activada-1 (AP-1),  proteína de respuesta de crecimiento temprano 1 (EGR 1), FOX (forkhead box) y  proteína apareada 5 (PAX5).  La interacción con cofactores en el NTD puede explicar algunas de las diferencias  en la regulación de genes  entre MR y GR a pesar de la superposición  en la unión de ligando, la estructura del receptor  y el reconocimiento  de secuencias de ADN. Algunos HRE pueden aumentar preferencialmente la transcripción  en respuesta al MR sobre el GR o pueden unirse específicamente  al MR. Dado que el MR puede unirse a muchas áreas  de ADN que carecen parcial o totalmente de secuencias HRE clásicas,  es posible que los HRE no sean indispensables para la regulación  genómica por el MR.  El MR puede formar  complejos con otros factores de transcripción  que tienen sitios de unión  en estas regiones libres de HRE, más que unirse directamente   al ADN.  

La aldosterona, el principal mineralocorticoide fisiológico, es sintetizada  en la zona glomerulosa de la corteza adrenal  bajo la regulación  del sistema renina-angiotensina (RAS), los niveles extracelulares de potasio  y la hormona adrenocorticotrópica (ACTH). Su función en la regulación  del balance de sal y líquido es activada alterando   la maquinaria de transporte  de sodio de las células epiteliales  tubulares renales y es crítica para la protección  contra la hipovolemia. Además de la aldosterona, el MR humano tiene alta afinidad  por los glucocorticoides cortisol y  corticosterona y el esteroide sexual progesterona. Esto es un vestigio de evolución, con progreso de un receptor corticoesteroide (CR) multifuncional en animales marinos primitivos  a distintas hormonas mineralocorticoides  y glucocorticoides y receptores  en animales terrestres de orden superior. Dado que los mineralocorticoides  son menos abundantes  que los glucocorticoides  en la circulación y el líquido intracelular, deben existir mecanismos para conferirles especificidad  de los efectos en el MR. La enzima 11-beta-hidroxiesteroide deshidrogenasa tipo 2 (HSD11B2), co-expresada  con MR en células epiteliales, metaboliza  cortisol en cortisona, la cual no puede unirse  o activar al MR. Esto es crucial para la especificidad  de la aldosterona como  regulador  de la homeostasis de fluidos. Si la HSD11B2 es deficiente o inhibida, se desarrolla hipertensión  e hipokalemia  debido a la activación del MR renal por el cortisol. En los vasos sanguíneos, la deficiencia  o inhibición  de HSD11B2 altera la vasodilatación  mediada por endotelio, pero la causa no es la ocupación  de MR por glucocorticoides. Un potencial mecanismo puede involucrar  la regulación  de la expresión de sintetasa de óxido nítrico endotelial (eNOS). Los glucocorticoides inhiben la transcripción de eNOS.

Generalmente, en los tejidos que no expresan HSD11B2, los glucocorticoides  son los ligandos fisiológicos del MR con  excepción  de los tejidos  que expresan HSD11B1 sin co-expresión de hexosa-6-fosfato deshidrogenasa (H6PD). La H6PD genera la forma reducida de nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH), sin la cual la HSD11B1 desvía su rol  de reductasa  a deshidrogenasa, metabolizando cortisol a cortisona.  Por otra parte, en situaciones de estrés oxidativo intracelular, como inflamación o isquemia, los glucocorticoides pueden activar el MR y por consiguiente la actividad transcripcional. La disponibilidad de ligando, la distribución de la expresión de HSD11B2 y el estatus redox de las células determinan la respuesta final del MR a su activación por ligando.  Las propiedades intrínsecas de la estructura del MR influyen en el resultado de la unión del ligando al receptor. La forma del LBD del MR y las fuerzas de van der Waal entre los residuos del LBD y el esteroide  determinan la afinidad de unión  del ligando  y la actividad transcripcional. Después de la unión con el ligando, el MR cambia  su conformación y recluta  otros elementos  que facilitan la localización y transcripción nuclear. La aldosterona se mantiene unida al MR por un período comparativamente más largo que el cortisol, lo cual estabiliza al MR  en una conformación  que le permite reclutar co-reguladores más efectivamente y hace que la aldosterona  tenga mayor potencia que el cortisol  para inducir la transcripción de genes. Es posible también que la activación del MR y la translocación al núcleo ocurran sin unión de ligando, lo cual puede ocurrir  en el contexto de estrés oxidativo.

El MR utiliza varios mecanismos para llevar a cabo el cambio celular.  Estos mecanismos permiten diversidad  en  la duración, la magnitud  y el contexto  de la naturaleza del efecto. El MR regula la transcripción  de muchos genes relacionados con el manejo  de electrolitos en células epiteliales renales, incluyendo canales o transportadores de sodio. Adicionalmente, se han descrito genes blancos de MR en tejido aórtico y cardiaco, los cuales tienen diversas funciones  en estrés oxidativo, mediadores inflamatorios, biosíntesis  de esteroides y  estructura celular. La transcripción de genes  y la traslación de proteínas  es un proceso relativamente lento. Esto podría ser inadecuado cuando se requiere una respuesta homeostática  rápida ante disturbios agudos como una hemorragia. En este contexto, la activación del MR puede disparar eventos celulares más rápidos  a través de mecanismos no genómicos. Por ejemplo, la aldosterona incrementa la actividad del canal epitelial de sodio (ENaC) en dos minutos. El MR  es capaz de utilizar segundos mensajeros  para iniciar estos efectos rápidos.   

Las  proteínas quinasas activadas por mitogeno (MAPK) son un grupo  de proteínas serina/treonina citoplasmáticas que catalizan la fosforilación  y activación de otras proteínas para regular numerosos procesos celulares.  Como una cascada de quinasas activadas secuencialmente, la MAPK transmite señales de la superficie  al interior de la célula. En mamíferos, las familias claves de MAPK son: la quinasa regulada por señal extracelular (ERK), la p38 quinasa (p38 MAPK) y la c-jun N-terminal quinasa  (JNK), las cuales pueden ser disparadas por la activación  de MR.  La señal MAPK es importante para la proliferación o apoptosis  mediada por MR, como ocurre en el desarrollo neonatal  del riñón  y el manejo de electrolitos  celulares.  La cascada ERK (RAS-RAF-MEK-ERK) es activada rápidamente  (2-5 minutos) por la aldosterona. La JNK puede ser similarmente  activada en 5 minutos y la  p38 MAPK en 10 minutos. La actividad ERK1/2  tarda alrededor de 30 minutos pero puede extenderse  hasta dos horas  en un mecanismo  dependiente de la proteína quinasa D (PKD), con una eventual prolongación de la respuesta  de 4-6 horas que requiere la transcripción  del ARNm de kirsten Ras (K-Ras). Por otra parte, la aldosterona estimula la actividad de la fosfatidilinositido 3-quinasa (PI3K), la cual fosforila al fosfatidilinositol de la membrana y  genera  fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3).  El PIP3 es requerido para activar quinasas dependientes de fosfatidilinositol (PDK) y en última instancia a la Akt como efector de procesos celulares dependientes  de PI3K. La fosforilación de la Akt dependiente  de MR ocurre a los 15 minutos de la exposición a la aldosterona, lo que sugiere que la PI3K/Akt  es una ruta  para efectos  rápidos mediados  por MR incluyendo el manejo de electrolitos y la función vasomotora. Generalmente, PKC y PKD forman parte de una cascada de señalización regulada por receptores de superficie acoplados a proteína G.  La activación de la PKC provoca la fosforilación de la PKD en dos sitios críticos para llevar a cabo efectos que regulan  hacia abajo   la supervivencia celular, la migración celular e interacciones con las cascadas MAPK. El MR usa la señal PKC y PKD para alterar el manejo de electrolitos en células epiteliales de túbulos renales y  cardiomiocitos.

Las cascadas de señalización inducidas por el MR son complejas e intrincadas. Esto se exacerba cuando se considera la participación de otros receptores en el proceso. En muchos casos, los segundos mensajeros no son  activados directamente  por el MR.  El MR transactiva otros receptores, los cuales disparan la señal  de una manera similar a cuando son  activados por sus propios ligandos. Sin embargo, aunque estos receptores transactivados tienen  sus segundos mensajeros, sus efectos no son idénticos  debido a diferencias en la expresión de receptores  y al contexto específico  requerido para la activación  (particularmente el estatus redox). El receptor del factor de crecimiento  epidermal (EGFR) es un receptor  tirosina quinasa transmembrana, el cual conjuntamente con otros receptores  estructuralmente similares como HER2, ErbB3 y ErbB4, forma parte  de la familia ErbB. El EGFR activado forma homodímeros o heterodímeros  con otros miembros de la familia  ErbB y dispara la autofosforilación  de residuos tirosina en sus dominios citoplasmáticos y la activación  de cascadas  de señalización intracelulares asociadas, incluyendo MAPK,  JAK/STAT y PI3K/Akt. El EGFR, un mediador del crecimiento y la  reparación, contribuye  a la fibrosis cardiaca y renal  disparada por el sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS).  La aldosterona activa al EGFR en un proceso no dependiente de MR  disparando la cascada  ERK y causando entrada de calcio  y alcalinización celular  a través  del incremento del intercambiador sodio/hidrógeno (NHE)-1. Otras rutas de señalización multifuncionales  activadas por la aldosterona vía EGFR como PI3K/Akt y JNK son dependientes de MR. El estado redox celular influye en el proceso de señalización, el antioxidante  N-acetilcisteína (NAC) previene  los efectos  de la  transactivación  aldosterona-MR  sobre  EGFR y PI3K. El vinculo entre MR y EGFR es la tirosina quinasa c-Src, la cual fosforila  un residuo tirosina en la posición 845 del EGFR. La aldosterona incrementa rápidamente  la fosforilación de c-Src. Más aún, la activación de c-Src  puede ser dependiente  de PDGFR en una compleja interacción  que ocurre en invaginaciones celulares, llamadas caveolas. La transactivación  de PDGFR por el MR facilita la translocación  de c-Src  a los dominios ricos en colesterol y su fosforilación.  Hay una relación sinérgica entre MR y EGFR, la expresión de EGFR es regulada hacia arriba  por la activación de MR mientras la activación de la señal ERK1/2 por el EGFR  es un importante facilitador del transporte nuclear de MR. Estos eventos complementarios  podrían potenciar la señal relacionada con EGFR  por la activación prolongada de MR.

El receptor del factor de crecimiento similar a insulina (IGF1R) es importante en la regulación del crecimiento celular  principalmente  a través de la señal MAPK y el metabolismo  a través de la señal  PI3K/Akt.  Su ligando primario, IGF-1, no solo es importante como efector de la hormona de crecimiento, sino también en la función cardiovascular, resistencia a la insulina y la función de las células β pancreáticas. La aldosterona induce la fosforilación de IGF1R en fibroblastos cardiacos y renales y en células epiteliales renales. En fibroblastos, la aldosterona no requiere  MR para transactivar al IGF1R, pero utiliza c-Src como intermediario. La activación  de c-Src  en fibroblastos  puede depender de un receptor de membrana acoplado a proteína G. En el epitelio renal, la transactivación de IGF1R  requiere  MR, pero el mecanismo aun no es  bien conocido. El IGF-1 puede llevar a cabo algunos  efectos de la aldosterona  sobre el manejo  renal de sodio vía PI3K y también puede activar  sistemas de segundo mensajero similar al MR, por lo que el IGF1R  es candidato a intermediario de la acción  MR.  La expresión  de IGF1R puede ser regulada hacia arriba  por MR, particularmente en condiciones  de estrés oxidativo.

La angiotensina II, un importante  efector  del sistema RAAS y  secretagogo de aldosterona, actúa principalmente  a través de dos receptores: AGTR1 y AGTR2. El AGTR1  está asociado  con las funciones clásicas  de la angiotensina II como vasoconstricción, generación de ROS, proliferación de células vasculares, producción de aldosterona, retención de sal y líquido e incremento de la actividad simpática y ha sido identificado como un importante facilitador de los efectos genómicos  mediados por la aldosterona.  El AGTR2 tiene efectos opuestos  incluyendo vasodilatación, generación de óxido nítrico y promoción de apoptosis. El AGTR1 y el MR pueden jugar un rol  en la señalización rápida disparada por  mineralocorticoides y angiotensina II. Por ejemplo, AGTR1 y MR  son requeridos para la activación  de NF-κB,  el cual regula numerosos genes inflamatorios. Dado que la angiotensina II  también requiere  MR para la activación de NF-κB, la relación entre MR y AGTR1 es un mecanismo  molecular de señalización común  de ambos ligandos. Sin embargo, la naturaleza de la interacción MR-AGTR1  varía entre los tipos de células. Así, en contraste con las células vasculares, la fosforilación  de ERK inducida por aldosterona en cardiomiocitos  necesita  de MR y AGTR1. En roedores, el AGTR1  ocurre en dos subtipos (a y b), los cuales tienen  efectos diferentes  sobre las rutas de señalización. La  relevancia de los subtipos AGTR1  en humanos no está clara.   La c-SRC es un importante vínculo entre  MR, AGTR1 y la cascada ERK. En efecto, la señal EGFR/PDGFR con activación de c-Src puede ser disparada por el sinergismo  de angiotensina II y aldosterona.  Aparte de la contribución de c-Src, se desconoce exactamente  cómo los mineralocorticoides y el MR pueden transactivar al AGTR1.  La aldosterona dispara la dimerización de AGTR1 con la enzima transglutaminasa como intermediario crítico. Dado que la actividad transglutaminasa  es dependiente de calcio, la entrada de calcio  inducida por la aldosterona puede ser un regulador temprano  de la transactivación  del AGTR1. No está claro si esto es un efecto  dependiente de MR o no.

La relación entre aldosterona, angiotensina II, MR y AGTR1 aumenta mutuamente  la señal  de cada sistema ligando-receptor  individual. La aldosterona   es capaz de regular hacia arriba  la expresión de MR y AGTR1. En los cardiomiocitos, el control de la expresión  de MR por la aldosterona  es dependiente de MR acoplado a la señal AGTR1  mientras la expresión de AGTR1 es regulada por  la transactivación  de la señal AGTR1 independiente de MR. Más aún, la activación  de MR por aldosterona incrementa la transcripción del ARNm  de la enzima convertasa de angiotensina (ACE) en la aorta   de ratas tratadas con aldosterona y en cultivos de células  endoteliales de aorta. Este proceso es dependiente  de JAK2 y requiere regular hacia abajo la señal c-Src y la transactivación de EGFR. La expresión de ACE en cardiomiocitos es similarmente aumentada por el MR. En una relación bilateral, la angiotensina II puede transactivar  MR vía AGTR1 e incrementar la transcripción de genes dependientes de  MR. La transactivación de  MR por  el AGTR1 puede involucrar  al RAC1, el cual es altamente  activado en modelos de roedores   de exceso de sal y angiotensina II.  El MR actúa vía  AGTR1 para regular hacia arriba  marcadores profibróticos  como colágeno 1A y 3A y actina de músculo liso. Por lo tanto, MR y AGTR1 están entrelazados  en múltiples puntos facilitando la cooperación  de los diferentes sistemas efectores del RAAS.

El  receptor de estrógeno acoplado a proteína G (GPER, también conocido como GPER-1 o GPR30) es expresado en numerosos tejidos como cardiomiocitos, endotelio vascular, pulmón, hígado y tejidos reproductivos.  El 17β-estradiol (E2) fue el primer ligando conocido del GPER, el cual es responsable de algunos de los efectos rápidos  del E2 vía  MAPK y PI3K mediados por la transactivación de EGFR.  EL GPER  también es responsable  de algunas acciones celulares rápidas  de la aldosterona que involucran la señal ERK. La activación de ERK por la aldosterona  puede ocurrir  a través de MR o GPER. Actualmente es motivo de debate si la aldosterona es un verdadero ligando de GPER. Aunque hay una aparente  activación  de GPER  con  niveles fisiológicos de aldosterona, la unión no ha sido definitivamente demostrada.  Los mecanismos alternativos  de acción de la aldosterona  vía GPER incluyen   la asociación física  directa  entre MR y GPER,  a través de segundos mensajeros, la inducción local de la aldosterona sintetasa  por el GPER y la modificación de la proteína estructural  estriatina, la cual puede modular la función del receptor de esteroides.

La activación por el MR de los sistemas de señalización de otros receptores de membrana incrementa la diversidad de sus funciones. Estas interacciones  necesariamente son dependientes de contexto. En particular, el estatus redox  de las células  es un determinante mayor  del acceso del MR a estas rutas alternas. El estatus redox influye en la activación del MR y  en muchos  de los procesos celulares disparados  por el MR. La generación de ROS es incrementada por la activación del MR  a través  de la regulación hacia arriba de la NOX, una enzima  unida a membrana  que genera superóxido a partir de NADPH y oxígeno. La NOX está presente en leucocitos, donde el superóxido es requerido  para el estallido oxidativo antimicrobiano, cardiomiocitos y células endoteliales. Las ROS generadas por la NOX tienen numerosas funciones reguladoras incluyendo  fosforilación de proteínas,  reacciones enzimáticas, transporte de iones, crecimiento celular y muerte celular. La aldosterona  incrementa rápidamente la generación de ROS por NOX en cardiomiocitos y músculo liso de vasos sanguíneos.  Este efecto de la aldosterona es dependiente de MR. El MR también incrementa la generación de ROS por la NOX  a través del EGFR.  En cardiomiocitos, la interacción MR-EGFR utiliza la cascada PI3K/Akt para activar la NOX, la cual a su vez dispara la generación de ROS en las mitocondrias.  Adicionalmente, el MR regula hacia arriba la NOX por mecanismos genómicos incrementando la síntesis de las subunidades  de NOX en células mesangiales renales, células endoteliales y corazón. La generación de ROS  es un co-factor necesario para ciertas rutas  de señalización del MR; por ejemplo, el tratamiento antioxidante atenúa la capacidad de la aldosterona para transactivar al EGFR. También, algunas transcripciones mediadas por MR podrían ser sensibles  al estatus redox incluyendo genes pro-inflamatorio y profibróticos.

La mayoría  de los sistemas de señalización  activados por MR y mineralocorticoides  son ubicuos y en algunos tejidos específicos  se observa una respuesta coordinada uniforme. Esto ha sido mejor caracterizado  en las células epiteliales de los túbulos renales, aunque el MR también es expresado en glándulas sudoríparas, tracto gastrointestinal y glándula  mamaria donde regula el manejo celular de electrolitos. La activación MR provoca efectos homeostáticos rápidos y sostenidos  a través de una combinación  de segundos mensajeros y transcripción de genes. El efecto del MR sobre genes  ha sido bien descrito en la fisiología renal.  Todas las células epiteliales del nefrón distal  expresan el canal epitelial de sodio (ENaC), el mayor contribuyente  a la resorción de sodio en el nefrón distal. El ENaC es una proteína heterotrimérica que comprende subunidades α, β y γ, las cuales son empacadas inicialmente en el aparato de Golgi, emergen de la red trans-golgi adyacente  en endosomas  y eventualmente se dirigen e insertan  en la membrana apical donde se vuelven activas.  La activación MR  incrementa la entrada de sodio  vía ENaC, al menos en parte, a través de la transcripción directa  de la subunidad α. La activación MR también incrementa los niveles de proteína de la bomba Na/K-ATPasa, responsable de la salida de sodio hacia el intersticio a través de la membrana basolateral. El MR también incrementa la expresión de genes que regulan  las modificaciones post-translacionales de la maquinaria del manejo celular de electrolitos, proporcionando una respuesta más rápida  que la síntesis directa  de canales o transportadores. Uno de los genes transcriptos rápidamente es el SGK1, el cual incrementa  la actividad de ENaC y el co-transportador sodio cloruro sensible a tiazida (NCC), un contribuyente menor de la resorción renal de sodio. El SGK1 fosforila la proteína ligasa Nedd4-2, previniendo la destrucción de ENaC y NCC. Otros genes blancos del MR  actúan sinérgicamente  con el SGK1 para prevenir  la destrucción de  ENaC y NCC.  Los efectos rápidos mediados por  MR sobre el ENaC incrementan su expresión y actividad. Por ejemplo, la señal MR vía IGF1R activa la PI3K y los productos de PI3K interactúan con el ENaC para incrementar la probabilidad de abrir canales. Esto genera un rápido pero transitorio   efecto después del cual  los mecanismos genómicos (vía SGK1)  contribuyen al mantenimiento   de la actividad del ENaC.

En conclusión, el MR y los mineralocorticoides  regulan el manejo epitelial de electrolitos e inducen diversos efectos en otros tejidos. Tradicionalmente, los efectos del MR fueron adscritos  a la unión ligando-receptor y la activación  de la transcripción de genes. Sin embargo, el MR también utiliza otras cascadas de señalización, a menudo por transactivación de otros receptores para cambiar la función celular  más rápidamente. Aunque la aldosterona es el mineralocorticoide  fisiológico no es el único ligando  del MR. Más aún, no todos los efectos de la aldosterona  son mediados vía MR, con implicación  de otros receptores unidos a membrana  como el GPER.  Utilizando  sistemas de segundos mensajeros  y eventos de transcripción  genómica, la activación MR en  riñón y vasos sanguíneos  preserva la homeostasis. Los efectos específicos de los mineralocorticoides y tejido-selectivos son conferidos  a través  de la enzima 11β-hidroxiesteroide deshidrogenasa 2, el estatus redox celular y las propiedades  el MR.

Fuente: Ong GSY y Young MJ (2017). Mineralocorticoid regulation of cell function: the role of rapid signalling and gene transcription pathways. Journal of Molecular Endocrinology 58: R33-R57.