El rol de la basigina en la reproducción

La basigina fue descubierta originalmente en 1982 en el laboratorio del Dr C Biswas, donde los investigadores cultivaron fibroblastos de conejo con células tumorales de origen epitelial de ratón y encontraron que estas células incrementaron su producción de colagenasa en comparación con los cultivos de fibroblastos solos. Los investigadores también encontraron que las líneas de células tumorales secretan una proteína que estimulan  la producción de colagenasa por fibroblastos humanos. Esta proteína fue purificada a partir de células de carcinoma de pulmón humano y originalmente fue llamada TCSF (tumor cell collagenase stimulatory factor). Más tarde, el  TCSF fue llamado inductor de metaloproteinasa de matriz extracelular (EMMPRIN) para indicar su rol en la inducción de metaloproteinasa de matriz extracelular en interacciones celulares normales y patológicas. Varios laboratorios identificaron de manera independiente esta proteína en diferentes especies. Así, EMMPRIN es conocida como CD147 y M6 en humanos, basigina y G42 en ratones,  HT7 y neurotelina en pollos y OX-47, MC31 y CE9 en ratas.

   La basigina es una proteína transmembrana tipo 1, glucosilada, que pertenece a la familia inmunoglobulina (Ig). El peso molecular de la basigina varía entre 43 y 66 kDa dependiendo del estatus de glucosilación y el peso molecular no glucosilado es de 27 kDa. Diferentes patrones de glucosilación de basigina se encuentran en diversos tipos de células y contribuyen a sus múltiples funciones fisiológicas.  La forma completa de la basigina humana es de 269 aminoácidos y su estructura consiste de un dominio glucosilado extracelular, un dominio transmembrana y un dominio citoplasmático corto. La isoforma más abundante es la basigina-2, donde el dominio extracelular es de 176 aminoácidos, con 77 aminoácidos formando el dominio extracelular similar a Ig 1 (EC1) y 99 residuos formando el dominio extracelular similar a Ig 2 (EC2). Estas dos asas similares a Ig  se mantienen unidas por puentes disulfuros. La región extracelular contiene tres sitios de glucosilación unidos a N-terminal en los residuos Asn y es importante para la estimulación metaloproteinasa (MMP). El dominio transmembrana es altamente conservado entre especies como humano, ratón, rata y pollo mostrando secuencia de aminoácidos casi idéntica en esta región. Este dominio contiene un residuo de ácido glutámico y una leucina en el medio, lo cual es importante para asociación con otras moléculas transmembrana. El dominio citoplasmático corto es de aproximadamente 40 aminoácidos, tiene un sitio de unión para factor inducible por hipoxia (HIF)  y está involucrado en el inicio de varias rutas de señalización.

   Hay cuatro isoformas diferentes en humanos, concretamente basigina-1, -2, -3 y -4, las cuales resultan por “splicing” alternativo. La única diferencia entre ellas es el dominio extracelular. La isoforma basigina-1 tiene tres dominios similares a Ig en su porción extracelular y expresada específicamente en el epitelio retiniano. La basigina-2 es la única isoforma que es secretada y es expresada en células tumorales, tejidos reproductivos  y fibroblastos. Basigina-3 y basigina-4 son isoformas cortas con solamente un dominio similar a Ig en la región extracelular. Estas dos isoformas son menos abundantes y originalmente fueron identificadas en células del estroma endometrial y células de carcinoma cervical. La basigina-3 sirve como inhibidor endógeno de la basigina-2 vía hetero-oligomerización. La basigina-4 es sobre expresada en cáncer cervical y promueve la proliferación de células de cáncer cervical.

   La basigina es inusual en comparación con otras glucoproteínas de membrana plasmática en  términos de su nivel relativo de glucosilación, contiene 15-15 kDa de glucanos, lo cual es mayor que lo observado típicamente en una glucoproteína de membrana plasmática con tres sitios de N-glucosilación. Las formas altamente glucosiladas de basigina han sido frecuentemente reportadas y son funcionalmente relevantes. El primer dominio Ig de basigina y la N-glucosilación de sus dominios extracelulares son críticos para la actividad estimulante de MMP de la basigina. Un mecanismo de regulación del estatus de glucosilación de la basigina es a través de caveolina-1, la cual es un componente central de las caveolas de la membrana plasmática. Los experimentos de mutagénesis demuestran que basigina EC2, pero no la glucosilación, es requerida para la interacción con la caveolina-1. La caveolina-1 inhibe la conversión de la forma de baja glucosilación  de la basigina en la forma  altamente glucosilada y también bloquea la actividad inductora de MMP de la basigina.

   Además de la forma unida a la membrana plasmática, la basigina también existe en una forma soluble. Esto ha sido apoyado por el hallazgo que las células tumorales que expresan basigina regulan al alza la producción de MMP por las células del estroma localizadas en -o alrededor de- el tumor. Dos mecanismos para generar una forma soluble de basigina han sido reportados. Uno es el producto del clivaje de la basigina que carece de C-terminal y el otro es la liberación de la basigina completa a través de microvesículas en células tumorales y células uterinas. Estas formas solubles de la basigina retienen la capacidad para inducir la producción de MMP y estimulan la angiogénesis, lo cual sugiere que la basigina puede ejercer su efecto sobre las células de una manera paracrina o en sitios distantes.

   La basigina tiene muchas funciones fisiológicas, pero es mejor conocida por. (1) su rol en la remodelación tisular a través de la regulación de MMP, (2) la estimulación de la angiogénesis, (3) su rol en el metabolismo energético glucolítico a través del traslado de transportadores monocarboxilo (MCT) a la membrana celular, (4) sus efectos estimuladores sobre la activación de linfocitos y macrófagos.

   Desde su descubrimiento, está  demostrado que la basigina es un inductor de MMP en una variedad de tipos de células, su dominio EC1 interactúa con MMP para mediar la expresión y actividad de MMP-1, -2. -3 y -9  y MT1-MMP y MT2-MMP. La inducción de MMP-1 y MMP-2 por la basigina depende de la glucosilación de la proteína pues la basigina desglucosilada falla en estimular su producción. Los estudios también demuestran que la basigina es importante en la promoción de la progresión del tumor a través de la estimulación de la angiogénesis. La sobre expresión de basigina promueve la angiogénesis y crecimiento del tumor induciendo la expresión de VEGF y MMP en humano y ratón. Los estudios también demuestran que en células endoteliales, la basigina regula al alza a factor inducible por hipoxia-2α, VEGF-2 y las formas solubles de VEGF para regular directamente el proceso de angiogénesis.

   Otra clase de moléculas de unión de basigina son los transportadores MCT. Los MCT constituyen una familia de transportadores involucrados en el paso a través de la membrana plasmática de lactato, piruvato y cetonas y juegan un rol importante en la homeostasis metabólica en diversos tipos de células y tejidos. Hay cuatro isoformas (MCT1-MCT4), cada una con distintas afinidades por la basigina. Los estudios han confirmado que la basigina es una proteína chaperona para MCT1 y MCT4 y es responsable del traslado de estos MCT a la membrana celular donde se mantienen unidos uno con otro. El MCT1 y la basigina se co-localizan y forman un heterodímero. El MCT1 se une preferencialmente  a la basigina; sin embargo, cuando la basigina está ausente el MCT1 también puede unirse a embigina, un miembro de la familia Ig. La asociación de basigina y MCT a través del dominio transmembrana es importante en células con una alta tasa glucolítica bajo condiciones  hipóxicas, lo cual provoca excesiva producción de ácido láctico como los tumores altamente invasivos. El incremento en el flujo glucolítico es crítico para células  rápidamente proliferantes en procesos fisiológicos normales como la implantación del embrión y el desarrollo de la placenta. Además de los MCT, la basigina también interactúa con CD98 a través de su cadena pesada. El CD98 está asociado directamente con LAT1. El LAT1 es un transportador de aminoácidos que forma con la basigina el complejo basigina-CD98-LAT1involucrado en la regulación de adhesión, transporte de aminoácidos y metabolismo energético. Más aún, la estructura de la basigina permite la interacción con otras proteínas para transducción de señal y regulación de funciones fisiológicas. Estas proteínas incluyen las integrinas α3-β1 y α6-β1, caveolina-1 y ciclofilina A (CyP-A).

   La basigina actúa a través de diferentes rutas de señalización que tienden a ser célula-específicas. Varios estudios han demostrado que la basigina a través de la ruta de la proteína quinasa activada por mitogenos (MAPK) para activar la quinasa regulada por señal extracelullar (ERK1/2). La ruta de señalización ERK1/2 está involucrada en la proliferación e invasión mediadas por basigina de cánceres gástricos. La expresión de basigina se correlaciona fuertemente con MMP-1, -2 y -9 así como también con p38. La basigina también sirve como un receptor de superficie celular para la CyP-A y es un componente esencial en la cascada de señalización iniciada por la CyP-A que culmina en la activación de la ERK1/2. La CyP-A es una proteína de la familia inmunofilina, expresada intracelularmente,  que juega un rol en el plegamiento de proteínas. Sin embargo, estudios recientes señalan que la CyP-A también es  secretada por las células y funciona en la quimiotaxis y la señalización celular a través de su receptor basigina. La unión de la CyP-A a la basigina resulta en una respuesta pro-inflamatoria. Las proteínas CyP-A y CyP-B estimulan la fosforilación de ERK1/2. Por otra parte,  la basigina también puede actuar a través de la ruta de señalización fosfoinositido 3-quinasa (PI3K)-Akt. Adicionalmente, la basigina puede formar complejos con las integrinas α3β1 y α6β1 promoviendo la interacción célula-célula. En las células cancerosas, la interacción basigina-integrina activa la ruta de señalización quinasa de adhesión focal (FAK)-PI3K que coopera con la activación de quinasas de la familia Src y estimula la producción de MMP, lo cual promueve la invasión del cáncer. Las integrinas β1 también forman complejos con basigina y CD98 y juegan un rol en la producción de MMP. Varios estudios han demostrado que la basigina está involucrada en la ruta de señalización Wnt-β-catenina y en la regulación de la ruta cadena ligera del factor nuclear kappa (NFκB), aumentador de células B activadas.

   En los testículos, la basigina es expresada en células de Sertoli, células de Leydig y células germinales de todos los estadios y es reconocida como crítica para la espermatogénesis. Los ratones machos Bsg-knockout  muestran severos defectos en la espermatogénesis. Estos animales experimentan paro espermatogénico en la transición de espermatocito a espermátide, provocando una carencia completa de espermatozoides maduros y por consiguiente infertilidad. La espermatogénesis se detiene en el estadio de espermátide redonda y las interacciones entre gametos y  células de Sertoli son alteradas. Entre las potenciales causas de la insuficiencia de la espermatogénesis en los ratones Bsg-KO está un marcado  incremento en el número de células apoptóticas en el testículo. La posición de estas células apoptóticas en el epitelio seminífero así como su morfología indican que  fueron espermatocitos. Por otra parte,  la expresión de N-caderina está marcadamente reducida en los túbulos seminíferos y, por tanto, la integridad de la barrera hemato-testicular está afectada. Adicionalmente, la co-localización de basigina con MCT 1 y MCT2 en espermatozoides apoya un rol de la basigina como proteína chaperona para la inserción adecuada de los MCT en la membrana plasmática. Entonces, la basigina es necesaria para la espermatogénesis y la fertilidad y parece jugar varios roles funcionales importantes en el testículos.

   La expresión de basigina en el ovario ha sido confirmada en varios estudios aunque con algunos hallazgos conflictivos. Mientras algunos estudios en ratones determinaron que la expresión de basigina está presente en las células granulosas del cúmulus y en un bajo nivel en  el cuerpo lúteo y el estroma del ovario, otros estudios reportan que la basigina es expresada solamente en las células endoteliales del cuerpo lúteo durante la gestación temprana y después desaparece. Sin embargo, estudios recientes  demuestran que la expresión de basigina está presente en las células granulosas de folículos en todos los estadios de desarrollo y en cuerpo lúteo. La expresión de basigina no parece ser dependiente de estrógenos en  ovario de ratones hembras pues no es  alterada en ratones receptor de estrógeno (ER)-KO. Mientras la expresión de basigina ha sido confirmada en los ovarios de varias especies, una función específica de la basigina en el ovario aún no ha sido identificada.

   La basigina es expresada en el útero y parece jugar un rol importante durante la implantación embrionaria. Los ratones hembras adultas Bsg-KO son infértiles y la causa de la infertilidad parece ser un endometrio uterino que no es permisivo para la implantación del embrión. La expresión de basigina en el epitelio uterino es dependiente de estrógenos y ERα mientras en las células del estroma uterino es regulada al alza por la progesterona. La basigina también está presente en el endometrio humano donde su expresión es dependiente del ciclo menstrual. La expresión de basigina en células epiteliales es  más fuerte durante la fase proliferativa cuando los receptores de estrógenos  presentan su máxima expresión en estas células. Por el contrario, en la fases secretora y menstrual, la expresión de basigina disminuye en paralelo con una pérdida en la expresión de  receptores de estrógenos. Por otra parte, los fibroblastos del estroma uterino muestran un incremento en la expresión de basigina durante la fase secretora cuando los niveles de progesterona y  receptor de progesterona son altos. Varios estudios in vitro han investigado el rol funcional de la basigina en las células endometriales. El tratamiento de cultivos de células del estroma uterino humanas con basigina recombinante estimula la producción de MMP, incluyendo MMP-1, -2 y -3, a través de la unión de la proteína recombinante con la basigina en la membrana plasmática. Esta unión homofílica permite la activación de la ruta de señalización ERK1/2. En las células epiteliales uterinas, la basigina se encuentra en microvesículas y la regulación de la producción de MMP en el endometrio es a través  de una comunicación paracrina entre las células epiteliales y las células del estroma.

   La expresión de basigina en el embrión es crítica para la implantación y puede jugar  un rol en el metabolismo del embrión a través de su efecto sobre los MCT o en la adherencia del embrión al epitelio uterino. La presencia de la expresión de basigina  en las células del trofoblasto placentario ha sido confirmada en placentas humanas a término y es baja en placenta de pacientes con preeclampsia. Los estudios funcionales determinaron que la pérdida de la expresión de basigina reduce la interacción entre trofoblasto y células endometriales, la invasión de células del trofoblasto y la sincitialización; así como también la producción de MMP-2 y -9 y activador del plasminógeno por las células del trofoblasto. Los niveles de basigina son mayores en la sangre de mujeres diagnosticada con preeclampsia que en las mujeres con embarazo normal sano. La basigina también es expresada en las membranas extra-embrionarias particularmente en el epitelio amniótico.

   En conclusión, la basigina es una proteína glucosilada de la membrana plasmática que sirve como centro de interacciones con otras proteínas que son importantes para la adhesión, el metabolismo celular y la angiogénesis. La basigina es un potente inductor de MMP y factores angiogénicos como el VEFG. La basigina es también una proteína chaperona para transportadores de metabolitos en la membrana plasmática como los MCT y es un importante regulador del metabolismo celular. Los estudios en animales y humanos han demostrado que la basigina es expresada en testículo, ovario, útero y placenta y es necesaria para la  fertilidad normal en hombres y mujeres.

Fuente: Li K, Nowak RA (2020). The role of basigin in reproduction. Reproduction 159: R97-R109.