Papel de las proteínas DLK y los receptores NOTCH en adipogénesis y osteogénesis

Resumen

Las células madre mesenquimáticas son células madre multipotentes capaces de diferenciar a osteoblastos, adipocitos y condrocitos bajo los estímulos extracelulares adecuados. Gracias a su capacidad de expansión y diferenciación en distintos tipos celulares son empleadas en el campo de la ingeniería de tejidos para su uso potencial en el tratamiento de enfermedades. La diferenciación de estas células está modulada por factores de transcripción que incluyen los pertenecientes a las familias PPAR y C/EBP en adipogénesis y RUNX2 y OSX en osteogénesis. Además, varias rutas de señalización interconectadas modulan la expresión de los marcadores de diferenciación propios de cada etapa permitiendo que, finalmente, las células adquieran las características morfológicas y bioquímicas propias de una célula diferenciada madura. Asimismo, varios estudios sugieren una relación inversa entre adipogénesis y osteogénesis, de manera que las rutas de señalización que favorecen la formación de adipocitos deberían inhibirse cuando las células se transformen en osteoblastos y viceversa. En este trabajo hemos estudiado la función de los receptores NOTCH y las proteínas DLK1 y DLK2, que funcionan como ligandos no canónicos inhibitorios de los receptores NOTCH, en la diferenciación adipogénica y osteogénica de la línea celular mesenquimática C3H10T1/2 y su posible interacción con otras rutas de señalización que regulan estos procesos de diferenciación celular. Para ello, usamos transfectantes estables que sobreexpresan o disminuyen la expresión de las proteínas DLK o que sobrexpresan cada uno de los receptores NOTCH. El análisis en detalle de los niveles de expresión de estas proteínas y de algunos genes diana de los receptores NOTCH en cada uno de estos transfectantes estables generados reveló que la variación en la expresión de cualquiera de estas proteínas modifica los niveles de expresión de las demás, demostrando que existen complejos bucles de retroalimentación entre las proteínas DLK, los receptores NOTCH y los genes diana de los receptores NOTCH. Por un lado, hemos comprobado el efecto de la sobreexpresión de las proteínas DLK y los receptores NOTCH sobre la diferenciación adipogénica. Los resultados indican que la sobreexpresión de las proteínas DLK, tanto transmembrana como solubles, y de cada uno de los receptores NOTCH favorece este proceso de diferenciación bajo los estímulos extracelulares adecuados. Además, observamos que estas proteínas también modulan la diferenciación hacia adipocitos maduros blancos o marrones, de manera que la sobreexpresión de los receptores NOTCH, especialmente del receptor NOTCH3, y de las proteínas DLK conduce a la adquisición de las características propias de adipocitos marrones. Por otro lado, hemos analizado el efecto de la sobreexpresión o descenso de expresión de las proteínas DLK en la diferenciación osteogénica. Los resultados obtenidos apoyan las evidencias obtenidas hasta ahora que sugieren que la proteína DLK1 se comporta como un inhibidor de la diferenciación osteogénica; por el contrario, su descenso de expresión favorece la osteogénesis. En cambio, es la primera vez que demostramos que la proteína DLK2 potencia la diferenciación osteogénica bajo los estímulos extracelulares adecuados, mientras que el descenso en su expresión no parece tener un papel decisivo en este proceso. Por otra parte, el análisis de los niveles de transcripción de los genes Notch durante la diferenciación osteogénica sugiere que los receptores NOTCH3 y 4 podrían favorecer la osteogénesis, ya que su transcripción aumenta durante este proceso, mientras que el receptor NOTCH1 podría comportarse como un inhibidor, puesto que su transcripción disminuye durante la diferenciación osteogénica. Además, el empleo de DAPT, un inhibidor de la ruta de señalización de los receptores NOTCH, durante la diferenciación osteogénica conduce a la inhibición de la osteogénesis, confirmando el relevante papel que esta ruta de señalización desempeña en este proceso. Finalmente, también hemos demostrado que la ruta de señalización de la ERK1/2 MAPK está implicada en la inducción de la diferenciación osteogénica y que sus niveles de fosforilación se activan cuando disminuye la expresión de la proteína DLK1 o se sobreexpresa la proteína DLK2, mientras que altos niveles de la proteína DLK1 impiden su activación y bajos niveles de la proteína DLK2 la inhiben. Por su parte, y de forma preliminar, observamos también que la ruta de señalización de la cinasa PI3K/AKT no está implicada en la diferenciación osteogénica de esta línea celular y que sus niveles de activación no se ven afectados por la variación en los niveles de expresión de la proteína DLK1. Los resultados obtenidos aportan nuevos e interesantes datos acerca del papel de estas proteínas en el desarrollo de la diferenciación adipogénica y osteogénica. Estos resultados también nos muestran que los niveles de expresión aumentados de la proteína DLK1 y el receptor NOTCH1, que favorecen la adipogénesis, podrían impedir la osteogénesis, confirmando la idea descrita de que estos dos procesos de diferenciación pueden estar inversamente relacionados. La modulación de la señalización de los receptores NOTCH por medio de las proteínas DLK y otros inhibidores, destinada a inhibir la formación de adipocitos blancos y favorecer la aparición de adipocitos marrones en el caso de la adipogénesis, o destinada a inducir la adecuada formación de tejido óseo en el caso de la osteogénesis, puede suponer en el futuro una estrategia terapéutica prometedora para el tratamiento de enfermedades como la obesidad, la diabetes de tipo 2 asociada a la obesidad o la osteoporosis.