Calcium signaling modulatorsa novel pharmacological intervention to delay aging in caenorhabditis elegans

Resumen

El calcio intracelular es un segundo mensajero que controla numerosos procesos celulares incluyendo la contracción muscular, la secreción neuronal y la proliferación y diferenciación celular. La pérdida del control fino de la maquinaria celular encargada del mantenimiento de la homeostasis de calcio se ha vinculado a la fisiopatología asociada al envejecimiento y la neurodegeneración. Caenorhabditis elegans ha demostrado ser un organismo modelo excelente para el estudio del envejecimiento y la neurodegeneración debido a que presenta numerosas rutas de señalización conservadas en mamíferos que intervienen en el control del proceso de envejecimiento, y la disponibilidad de diversos modelos de enfermedades neurodegenerativas. Además, permite estudiar la interrelación entre la señalización por calcio y el envejecimiento debido a que presenta una cutícula transparente facilitando la realización de experimentos in vivo de la dinámica de calcio intracelular a lo largo de toda la vida de los organismos. Las rutas metabólicas que se han vinculado con el control del envejecimiento en C. elegans se engloban en el grupo denominado rutas de señalización sensibles a nutrientes. Todas estas rutas, conservadas en mamíferos, responden a cambios en la disponibilidad de nutrientes, modificando la esperanza de vida de los organismos. Este grupo incluye la ruta de la insulina (IIS), la ruta de mTOR, la ruta de AMPK y la ruta de las Sirtuinas. Esta tesis se ha centrado en el estudio de la interrelación entre la señalización por calcio y las rutas de señalización sensibles a nutrientes, así como sus posibles efectos en el envejecimiento en C. elegans mediante dos aproximaciones farmacológicas diferentes: la inhibición submáxima de la ATPasa de calcio de retículo sarcoplásmico (SERCA), y la inhibición submáxima del intercambiador Na+/Ca2+ mitocondrial (NCX). La SERCA permite el rellenado de Ca2+ del retículo endoplásmico hasta el rango de milimolar actuando como el principal elemento de control de la concentración de Ca2+ dentro del retículo. De este modo actúa como modulador de la señalización de calcio citosólica y de la transferencia de calcio desde el retículo a la mitocondria. En este trabajo se ha demostrado que la inhibición submáxima de la SERCA mediante el tratamiento de los gusanos con 2,5-BHQ y thapsigargina produce un incremento de la esperanza de vida de C. elegans y que este efecto está mediado por la modulación de las rutas de señalización de mTOR y AMPK. Además se ha descartado que el efecto observado se deba a la activación de la respuesta a estrés de retículo endoplásmico. Para la inhibición del NCX se ha utilizado CGP37157. Este compuesto presenta propiedades neuroprotectoras en numerosos modelos de excitotoxicidad in vitro, y aunque ha sido utilizado como inhibidor del NCX durante varias décadas, se han descrito otras dianas celulares. En este trabajo se han estudiado los efectos del CGP37157 en numerosos parámetros incluyendo la longevidad, la dinámica de calcio tanto citosólica como mitocondrial y la interrelación entre los cambios producidos con las rutas de señalización sensibles a nutrientes. Los resultados muestran que el tratamiento con CGP37157 induce un aumento de la esperanza de vida en C. elegans mediante la modulación de las rutas de mTOR y la insulina requiriendo el mantenimiento de la función mitocondrial para que el tratamiento sea efectivo. Además también se ha demostrado que el compuesto provoca cambios en la dinámica de calcio intracelular incluyendo cambios en la dinámica de calcio citosólica y mitocondrial en dos sistemas musculares diferentes: el pharynx y la vulva. Finalmente, se determinaron los efectos del CGP37157 en diversos biomarcadores de envejecimiento en C. elegans mostrando mejoras tanto en la locomoción como en la función muscular retrasando el proceso de sarcopenia asociado al envejecimiento y la integridad de la red mitocondrial muscular. Por tanto, esta tesis describe dos nuevas intervenciones farmacológicas que incrementan la esperanza de vida en C. elegans a través de la modulación de la señalización por calcio abriendo una nueva vía de intervención farmacológica con propiedades terapéuticas sobre el envejecimiento resaltando la importancia de la señalización por calcio en la regulación y evolución del envejecimiento y enfermedades asociadas.