Regulación de la vía inflamatoria nuclear-mitocondrial por la melatonina

Resumen

La sepsis, definida como una respuesta inflamatoria sistémica del huésped frente al proceso infeccioso, y la disfunción cardiaca asociada a ella, representan la principal causa de morbilidad y mortalidad en las unidades de cuidados intensivos de países desarrollados. Ante tal situación, la búsqueda de nuevas terapias anti-inflamatorias nos obliga a conocer qué mecanismos son los responsables de que una respuesta inflamatoria controlada y beneficiosa desde el punto de vista fisiológico se transforme en una condición patológica. Estudios previos manifiestan la importancia del factor de transcripción NF-kB en la fisiopatología de la sepsis; en este sentido, el reconocimiento de la señal inflamatoria por sus receptores específicos inicia una cascada de señalización que finaliza en la translocación nuclear y posterior activación transcripcional de NF-kB. En consecuencia, se induce la expresión de numerosos genes participantes en la sepsis, incluidos citoquinas y enzimas de carácter pro-inflamatorio, inmunoreceptores o moléculas de adhesión. Asimismo, esta condición inflamatoria se asocia con una profunda disfunción mitocondrial y consecuente apoptosis, lo que favorece la liberación de especies reactivas de oxígeno (ROS), ATP y DNA mitocondrial (mtDNA) al citosol. Tras su liberación, estas señales asociadas al daño celular serán reconocidas por el inflamasoma NLPR3, un complejo multiprotéico que participa en la activación de la caspasa-1 y, en consecuencia, en la producción de las formas maduras de las citoquinas pro-inflamatorias, incluidas IL-1b, IL-18 e IL-33. Por tanto, estos estudios ponen de manifiesto la importancia de la mitocondria a la hora de conectar las dos vías principales de la inmunidad innata, desencadenando el proceso inflamatorio severo y duradero característico de la sepsis. Nuestro grupo de investigación ha demostrado los efectos beneficiosos de la melatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina) en la sepsis; además de sus conocidas propiedades cronobióticas, la melatonina es un potente agente antioxidante y anti-inflamatorio, efectos que destacan a nivel mitocondrial donde esta indolamina protege la función mitocondrial al aumentar su eficacia bioenergética al tiempo que reduce la producción de ROS. A pesar de conocerse el efecto inhibidor de la melatonina sobre la vía de señalización de NF-kB, poco se sabe en la actualidad de los mecanismos implicados en este efecto anti-inflamatorio así como el control que pueda ejercer sobre el inflamasoma NLRP3. En este sentido, la interacción entre melatonina y su receptor nuclear RORa puede ser clave en su papel terapéutico, al observarse que este receptor muestra un papel negativo sobre la vía inflamatoria dependiente de NF-kB. De acuerdo con este fondo teórico, nuestro trabajo se centró en establecer la cooperación entre las vías de NF-kB y NLRP3 durante la sepsis, evaluando asimismo los mecanismos moleculares por los cuales la melatonina ejerce su potente acción anti-inflamatoria en esta patología. Para ello, los objetivos a cumplir durante este trabajo fueron: 1) Evaluar la vía de activación de NF-kB así como el estado redox celular y función mitocondrial durante la sepsis en ratones wild-type. 2) Determinar la activación del inflamasoma NLRP3 durante la sepsis y establecer la vía de cooperación entre ambas vías de la respuesta inmune innata. 3) Estudiar la activación de NF-kB e inflamasoma NLRP3 durante la sepsis en ratones deficientes para el receptor nuclear RORa. 4) Evaluar el papel protector y mecanismos de acción de la melatonina sobre las dos vías de la inmunidad innata tanto en ratones wild-type como en ratones deficientes para RORa. Los resultados mostrados en esta Tesis Doctoral ponen de manifiesto que la translocación nuclear y activación transcripcional de NF-kB tiene lugar de forma temporal durante la sepsis, si bien las consecuencias en términos de mayor expresión y niveles de los diferentes marcadores pro-inflamatorios se mantienen altas durante todo el proceso séptico. La activación de NF-kB tiene lugar de forma paralela a una grave disfunción mitocondrial, la cual induce la activación del inflamasoma NLRP3 con el mismo perfil temporal que el mostrado por NF-kB. En consecuencia, ambas vías cooperan durante todo el proceso séptico desencadenando una respuesta inflamatoria desproporcionada frente a la infección. Nuestros resultados muestran, asimismo, que la melatonina inhibe la activación de NF-kB a nivel nuclear, potenciando su deacetilación en el residuo de Lisina 310 mediada por la deacetilasa sirtuina-1 (Sirt1). Además, la melatonina mejora el estado redox celular y mantiene la homeostasis mitocondrial, propiedades que permite a la indolamina inhibir la activación del inflamasoma NLRP3 y romper, en consecuencia, la cooperación entre las dos vías de señalización. Finalmente, nuestro estudio pone de manifiesto, por primera vez, que la melatonina requiere RORa no sólo para inducir la actividad deacetilasa de la Sirt1 e inhibir la actividad transcripcional de NF-kB, sino también para regular la expresión y actividad de los distintos sistemas antioxidantes celulares. No obstante, este receptor nuclear RORa no participa en la inhibición del inflamasoma NLRP3 tras el tratamiento con melatonina. En definitiva, nuestros resultados evidencian la importancia de la melatonina como fármaco capaz de bloquear la conexión entre las vías de la inmunidad innata dependientes de NF-kB y NLRP3, lo que justificaría su uso como estrategia terapéutica para el tratamiento de enfermedades inflamatorias donde tal conexión y la disfunción mitocondrial adquieren vital importancia.