Factores involucrados en la acción de las hormonas tiroideas

Las hormonas tiroideas (HT) son importantes moléculas reguladoras en el cuerpo humano que median muchos procesos metabólicos y de desarrollo (por ejemplo, incrementan la tasa de metabolismo basal, lipólisis/lipogénesis, termogénesis adaptativa, etc.). La principal hormona secretada por la glándula tiroides y liberada en la circulación sanguínea es la tiroxina (T4). El principal metabolito, triyodotironina (T3), es considerado la forma biológicamente activa de las HT y deriva de la desyodación del anillo externo de la T4 en tejidos periféricos por enzimas especificas llamadas desyodasas. La acción de las HT requiere varios factores, el mejor conocido es la unión de HT a receptores nucleares específicos y la interacción con ADN. Las HT también pueden actuar a través de rutas alternas, provocando una acción más rápida después de la unión a sitios en la membrana plasmática o el citoplasma. La acción de las HT generalmente es definida como genómica cuando involucra directamente la interacción de la hormona con el receptor nuclear y no genómica cuando la acción de la HT no es iniciada por la interacción con receptores nucleares específicos. Sin embargo, recientemente la última distinción ha sido considerada simplista porque sugiere que las rutas no genómicas carecen de rol en la regulación de la expresión de genes. La modulación de genes a menudo puede ocurrir como consecuencia de la activación de rutas no genómicas.

   En los tejidos blancos, las HT entran a las células a través de transportadores específicos en la membrana celular. Entre los llamados transportadores monocarboxilato, el MCT8 es considerado muy específico para HT, mostrando mayor afinidad por la T3 que por la T4. El MCT8 también transporta metabolitos inactivos como T3 reversa (rT3) y 3,3´-T2. El MCT8 es considerado el transportador “primario” de HT pues es específico para HT, mientras los transportadores “secundarios” también median la captación de otros compuestos, como el MCT10 que también es transportador de aminoácidos aromáticos. Otros transportadores secundarios incluyen a polipéptidos transportadores de aniones orgánicos (como OATP1C1, OATP1A2, OATP1A4) que median el transporte de ácidos biliares y hormonas esteroides y los transportadores de aminoácidos neutros (como LAT1 y LAT2) que median la entrada de fenilalanina, tirosina, leucina, arginina y triptófano en las células.

   Las actividades biológicas de la T3 vía regulación transcripcional son mediadas por receptores de HT (TR), los cuales son codificados por dos genes diferentes llamados THRA y THRB, y en humanos están localizados en los cromosomas 17 y 3, respectivamente. Los dos genes generan diferentes variantes vía “splicing” alternativo: los productos principales de THRA son TRα1, TRα2 y TRα3, mientras los principales productos de THRB son TRβ1, TRβ2 y TRβ3 (descrito solo en ratas).

   El locus THRA contiene 10 exones y el sitio splicing para la variante TRα2 está en el exón 9. El  locus THRB contiene 11 exones de los cuales solamente los exones 3 y 8 están en todas las isoformas TRβ y presentan una alta homología con las isoformas TRα. La interacción directa de T3 con los genes blancos es mediada por TR nucleares, los cuales se unen a secuencias específicas llamadas elementos de respuesta tiroideos (TRE). Los TRE están localizados en las regiones reguladoras de los genes blancos, actuando como aumentadores (TRE positivos) o silenciadores (TRE negativos) de la transcripción. Los TRE están formados por un hexámero (AGGTCA) o repeticiones de esta secuencia espaciadas por cuatro nucleótidos. Los TR pertenecen a una familia de receptores nucleares que se une al ADN como dímeros, más específicamente como homodímeros o heterodímeros con receptores de 9-cis-ácido retinoico (RXR), receptor hepático X y PPAR. Un aspecto peculiar de los TR es que su acción reguladora sobre TRE positivos como un represor no requiere la unión de ligando. La presencia de cofactores (específicamente los llamados co-represores) es necesaria para silenciar al gen blanco. En la interacción de T3 con TR, el co-represor es liberado y el consiguiente cambio conformacional permite al TR interactuar con un co-activador, permitiendo la transcripción del gen.

   Todos los TR tienen una estructura multi-dominio: (1) el dominio A/B incluye la región N-terminal variable que está involucrada en la interacción con cofactores; (2) el dominio C (dominio de unión a ADN; DBD) con dos anillos de zinc, contiene sitios específicos para reconocer ADN (P-box) y para distinguir espacios entre los TRE ((D-box); (3) el dominio D que contiene un sitio para facilitar la rotación entre el sitio de unión con el ligando (LDB) y DBD; (4) el dominio E/F, con LDB, que exhibe la interfase para homo –o hetero- dimerización. En particular, el dominio E/F maneja todos los cambios conformacionales después de la unión del ligando y la interacción con co-reguladores. En detalle, en la forma inactiva, LDB se une a co-represores, los cuales mantienen al gen blanco en silencio; con la unión de T3, la hélice 12 (en la parte final de la proteína) libera al co-represor y exhibe una nueva superficie para el reclutamiento del co-activador. Los co-activadores median la remodelación de la cromatina (por ejemplo, por acetilación o metilación de histonas) y las interacciones entre ARN polimerasa y otros factores de transcripción. Finalmente, LDB contiene una superficie hidrofóbica para la dimerización.  TRα2 y TRα3 tienen un dominio LDB incompleto y, aunque los roles exactos de estas isoformas no están completamente claros, su dimerización con receptor de longitud completa es posible, y probablemente funcionan solo como represores constitutivos de la transcripción mediada por TR.

   Las isoformas TR encontradas en humanos, ratas y ratones tienen alta homología en la secuencia de aminoácidos. Esta conservación entre las especies depende del hecho que hay varias funciones especializadas importantes para cada isoforma en diferentes órganos, y las isoformas TR son selectivamente distribuidos con base en sus roles y estados de desarrollo. TRα1, TRα y TRβ1 son expresados en niveles relativamente diferentes en los tejidos, los receptores TRα1 y TRα2 están presentes principalmente en sistema nervioso central y músculo esquelético, las isoformas TR∆α están presentes en intestino, TRβ1 es la principal isoforma en el hígado, TRβ2 en hipotálamo, hipófisis y retina, TRβ3 y TR∆β son limitados en hígado, bazo, corazón y pulmones. En el hígado, todas las isoformas α y β muestran una distribución zonal, sugiriendo que pueden ser diferentes grupos de genes activados por una o más isoformas dependiendo de su localización en el órgano. Más aún, se ha observado en varios tejidos que una masa crítica de TR más que la presencia de una variante particular, puede ser relevante para la acción de HT. Sin embargo, en otras condiciones, la isoforma TR puede ser más determinante. Entonces, el balance entre la masa total de TR y la composición relativa de los tipos de TR, de acuerdo con las necesidades de las células, puede explicar, al menos en parte, el diverso rango de acciones  de HT en diferentes tejidos.

   La envoltura nuclear actúa como una barrera permeable, selectiva y requiere la presencia del complejo poro nuclear (NPC) que actúa como regulador. La importación nuclear de pequeñas moléculas (menos de 40 kDa) puede ocurrir por difusión pasiva a través del canal central del  NPC, mientras las proteínas más grandes requieren un proceso dependiente de energía mediado por señales específicas llamadas señales de localización nuclear (NLS). Las principales acciones de los TR ocurren en el núcleo vía interacciones con genes blancos específicos que responden a las HT. Sin embargo, los TR pueden pasar al citoplasma cruzando la envoltura nuclear e involucrarse en varios procesos celulares. Más específicamente, los estudios demuestran que la importación nuclear de TRα1 involucra factores solubles en el citoplasma llamados importina 7, importina β1 e importina adaptadora α1. Este transporte activo es abolido por la exposición a bajas temperaturas. Las importinas unen los TR a la NLS rica en lisina y arginina (NLS1 y NLS2) localizadas en los dominios A/B. es de hacer notar que el TRβ1 no tiene NLS2 y es más abundante que TRα1 en el citoplasma. La transferencia de TR del núcleo al citoplasma es mediada por varias exportinas y secuencias de señal de exportación nuclear (NES) en el dominio LDB. Las exportinas incluyen CRM1 (chromosome maintenance factor 1, también conocido como exportina 1), la cual coopera con calreticulina y las exportinas 4, 5, 6 y 7. Los estudios in vitro demuestran que la sobre expresión de exportinas 5 y 7 provoca una mayor distribución de TR en el citoplasma. Sin embargo, cuando TRβ1 y las exportinas 4, 5 o 7 son co-expresados, no se observa ninguna variación en la expresión de genes mediada por T3.

   El balance entre la exportación e importación nuclear de TR es considerado un punto crucial para la regulación de la expresión de genes dependiente de HT y las modificaciones post-traslación en varias cadenas laterales de aminoácidos como cisteína, serina, treonina, tirosina y lisina (por acetilación, ubiquitilación, sumoilación, metilación) pueden contribuir a la eficacia de estos procesos. En particular, TRα es un blanco para  acetilación por la acetiltransferasa unida a elementos de respuesta de cAMP (CBP). Esta modificación post-traslacional que ocurre en el dominio DBD (en residuos lisina: K128/K132/K134) mejora la eficiencia de la unión del receptor al ADN. En efecto, la sustitución de residuos lisina con arginina disminuye la fuerza de unión de ADN e interfiere con la activación de genes dependiente de T3.

   Además de las funciones a  nivel nuclear, algunos roles de los TR en el citoplasma han sido investigados. Por ejemplo, en condiciones normales, varias isoformas truncadas de TR han sido descritas en la superficie interna de la membrana plasmática y en mitocondrias, sugiriendo su rol en funciones fuera del núcleo celular. En particular, la isoforma truncada p28 de TRα1 con alteración N-terminal del dominio A/B, está localizada en la membrana mitocondrial interna. La p28 se co-localiza con la translocasa de adenina nucleótido (ANT) y proteínas desacopladoras (UCP) y está involucrada en la respuesta mitocondrial a la T3. Por otra parte, la isoforma p43, la cual se une a T3 con similar afinidad con respecto a TRα1 y actúa como un potente factor de transcripción dependiente de T3 del genoma mitocondrial media la interacción con TRE mitocondriales específicos y regula la expresión de genes mitocondriales.

   En varias condiciones, los efectos de las HT pueden observarse en minutos, un período muy corto para una respuesta que requiere regulación transcripcional  y, en la mayoría de casos, T4 es más efectiva que T3. Estas señales, independientes de la unión de ligando a TR nucleares, son mediadas en la membrana plasmática por la proteína integrina αvβ3, un miembro de la familia de las integrinas, la cual consiste en receptores de adhesión celular que juegan importantes roles durante procesos de desarrollo y patológicos. La familia integrina incluye 24 miembros αβ heterodiméricos que median la adherencia de células a la matriz extracelular y están involucradas en interacciones célula-célula especializadas. La integrina αvβ3 es miembro de un subgrupo de integrinas (8 de 24), reconoce la secuencia RGD (Arg-Gli-Asp) en los ligandos. La integrina αvβ3 contiene un dominio de unión a HT que se une a T4 y, con menor afinidad, a T3, activando las rutas PI3K/AKt y MAPK (ERK1/2). Tanto T3 como T4 son capaces de activar la ruta MAPK-ERK1/2 y causar proliferación celular, pero solamente T3 es capaz de aumentar la actividad de Src quinasa y PI3K. La translocación de TRβ1 del citoplasma al núcleo es iniciada por T4 en la membrana plasmática a través de la mediación de la integrina αvβ3. El hallazgo que la oclusión por un antagonista del sitio RGD de la integrina αvβ3 bloquea la actividad T4 sugiere que la interacción T4-integrina αvβ3 ocurre en o cerca del sitio RGD.

   La integrina αvβ3 es altamente expresada en células endoteliales activadas y vasos sanguíneos, así como en diferentes líneas de células cancerosas y se correlaciona con el pronóstico de la enfermedad en varios tipos de cáncer. T3 y T4 regulan por vía no genómica la transcripción de monómeros de integrina en asociación con los niveles basales de integrina en las células.

   En conclusión, los efectos de las HT involucran procesos genómicos y una variedad de rutas metabólicas. La canónica distinción genómica/no genómica de las acciones de HT es considerada simplista y no explica completamente todos los efectos de las HT en los órganos blancos. Un mejor entendimiento de los principales eventos que involucran a las HT en el núcleo, donde ocurre una interacción directa del complejo HT-TR con el ADN, y en el citoplasma, donde la regulación por HT requiere la activación de rutas metabólicas específicas (en parte involucrando isoformas de TR) puede ayudar a crear un cuadro más claro de la dinámica de las HT en las células.

Fuente: Tedeschi L et al (2021). Main factors involved in thyroid hormone action. Molecules 26:7337.