Fernando G. Osorio, José M.P. Freije, Carlos López-Otín

Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Medicina, Instituto Universitario de Oncología (IUOPA), Universidad de Oviedo, 33006-Oviedo, España

El control de la homeostasis proteica es esencial en la respuesta celular a situaciones de estrés. La estabilidad y funcionalidad de las proteínas celulares están reguladas por distintos mecanismos de control de la calidad proteica, siendo el retículo endoplásmico un orgánulo crítico en el control de estas funciones. Las alteraciones en dichos mecanismos están asociadas a diversas patologías, así como a los procesos de envejecimiento y transformación neoplásica, y pueden afectar a la regulación de la síntesis y degradación proteica de forma global o a través de mediadores clave de estos procesos. Con el fin de profundizar en la relación existente entre el control de la proteostasis y los procesos de envejecimiento y cáncer, nos hemos centrado en el estudio de la proteína AIRAPL, cuya función en mamíferos era completamente desconocida, aunque su ortólogo en el organismo modelo Caenorhabditis elegans se había relacionado con el control de la homeostasis proteica durante el envejecimiento.

Para caracterizar la función biológica de AIRAPL, generamos ratones deficientes en esta proteína y observamos que desarrollaban un tipo de neoplasia hematológica denominada síndrome mieloproliferativo. Así, los ratones mutantes presentaban niveles aumentados de leucocitos con una progresiva desviación mieloide y alteraciones histológicas en los principales órganos productores de células sanguíneas, la médula ósea y el bazo. En este sentido, los ratones deficientes en AIRAPL mostraron un proceso progresivo de fibrosis medular, así como una marcada esplenomegalia. Las alteraciones hematológicas presentes en estos animales conllevaron una notable reducción en su esperanza de vida en comparación con ratones silvestres. Conjuntamente, estos resultados nos permitieron demostrar la función biológica de AIRAPL como un potente supresor de la transformación hematológica mieloide.

A continuación, llevamos a cabo estudios proteómicos con el fin de caracterizar el mecanismo molecular a través del cual AIRAPL lleva a cabo su actividad supresora tumoral. Así, pudimos observar que la médula ósea de los ratones deficientes en AIRAPL mostraba niveles muy incrementados del receptor del factor de crecimiento IGF-1 (IGF1R), implicado en procesos de proliferación y transformación celular. Además, comprobamos que AIRAPL interacciona directamente con los péptidos recién sintetizados de este receptor en el retículo endoplásmico, promoviendo su ubiquitinación y posterior degradación en el proteasoma. AIRAPL ejerce así un papel regulador negativo de IGF1R, por lo que en ausencia de dicho factor este mecanismo de control se encuentra completamente inactivo. Para profundizar en el papel de IGF1R en el síndrome mieloproliferativo de los ratones deficientes en AIRAPL, generamos animales deficientes en AIRAPL y haploinsuficientes para el gen codificante de IGF1R. Estos animales mostraron una reversión completa de las alteraciones hematológicas, demostrando la implicación causal de IGF1R en el desarrollo de los síndromes mieloproliferativos. Además, el tratamiento farmacológico por vía oral de ratones deficientes en AIRAPL con un inhibidor de IGF1R revirtió completamente el síndrome mieloproliferativo de estos animales.

Para evaluar la posible implicación de alteraciones en AIRAPL en los síndromes mieloproliferativos humanos, seleccionamos una cohorte de pacientes afectados por estas patologías y analizamos mediante inmunohistoquímica y PCR cuantitativa los niveles de AIRAPL en sangre periférica y médula ósea de estos pacientes, así como de individuos sanos. De esta manera, pudimos comprobar que mientras AIRAPL muestra unos niveles elevados en las células mieloides de individuos sanos, no se pudo detectar su presencia en pacientes mieloproliferativos. Además, la supresión de la expresión de AIRAPL está acompañada de una marcada sobreexpresión de IGF1R, una situación análoga a la observada en los ratones deficientes en AIRAPL. Estudios posteriores nos permitieron describir el mecanismo implicado en la supresión de AIRAPL, el cual está mediado por la sobreexpresión del microRNA miR-125a-3p, capaz de inducir la degradación del ARN mensajero del gen codificante de AIRAPL. La caracterización de un modelo murino alternativo de síndrome mieloproliferativo humano causado por mutaciones en el gen JAK2 también mostró una acusada supresión de la expresión de AIRAPL. Además, el tratamiento de estos ratones con el inhibidor de IGF1R conllevó una reversión de las alteraciones hematológicas equivalente a la observada en los ratones deficientes en AIRAPL tratados con este compuesto, demostrando la utilidad de esta terapia para el tratamiento de los síndromes mieloproliferativos.

Globalmente, nuestro trabajo pone de manifiesto la función biológica de AIRAPL como supresor tumoral a través de la regulación negativa de los niveles de IGF1R. Así, hemos demostrado que alteraciones en esta vía de señalización están implicadas en la patogénesis de los síndromes mieloproliferativos humanos. Además, el estudio del eje miR125a-3p-AIRAPL-IGF1R ofrece nuevas posibilidades diagnósticas y terapéuticas en el caso de estas frecuentes neoplasias hematológicas. Finalmente, la caracterización biológica de AIRAPL nos ha permitido demostrar la existencia de procesos de transformación tumoral mediados únicamente por cambios en la estabilidad de proteínas clave, sin necesidad de alteraciones genéticas adicionales. En suma, las alteraciones en la proteostasis celular emergen en este trabajo como un nuevo mecanismo oncogénico, regulando procesos biológicos clave implicados en el control de la quiescencia, proliferación y diferenciación de las células progenitoras hematopoyéticas.

Referencia: Osorio, FG et al. Loss of the proteostasis factor AIRAPL causes myeloid transformation by deregulating IGF-1 signaling. Nature Medicine doi:10.1038/nm.4013