MODIFICACIONES DE LA MEMBRANA CELULAR

La composición en lípidos polares (fosfolípidos, esfingomielina y cardiolipina en mitocondria) y el contenido en colesterol de las membranas celulares están finamente regulados por las células, y pueden variar en función de los lípidos que habitualmente se ingieren (Cave and Jurkowski, 1984; Spector and Burns, 1987; Clandinin et al., 1991; Cave, 1997). Las membranas celulares parecen mantener relativamente constante sus niveles de ácidos grasos saturados y monoinsaturados dentro de un amplio rango de variación de estos ácidos grasos en la dieta. La composición de la membrana es más sensible a los niveles de PUFA n-6 y n-3 de la dieta, y especialmente a los PUFA n-3 y a la ratio n-3/n-6 (Hulbert et al., 2005; Schmitz and Ecker, 2008). Los cambios en el perfil lipídico de las membranas celulares debidos al consumo de un tipo concreto de grasa pueden modificar el comportamiento celular mediante la influencia en la fluidez de la membrana, las vías de transducción de señales y el grado de peroxidación lipídica en dichas membranas (Jump, 2004). Así, elevadas cantidades de PUFA n-6 en las membranas se han asociado a una mayor tasa de proliferación celular (Welsch, 1987; Stoll, 2002).

Los cambios en la fluidez de membrana, como el aumento debido a un incremento en la cantidad de PUFA, pueden afectar a la movilidad lateral de proteínas específicas integrales y unidas a membrana, su conformación y su interacción con otros de sus componentes, lo cual podría producir cambios funcionales (Clandinin et al., 1991; Merrill and Schroeder, 1993). En este sentido, se ha descrito que las dietas ricas en distintos ácidos grasos modifican la densidad y/o conformación de los canales de sodio (Spector and Burns, 1987). También se ha descrito que un incremento del contenido de ácidos grasos insaturados de los fosfolípidos de membrana modifica la actividad de la adenilato ciclasa, de la ATPasa

31 Na+_-K+ _{dependiente y del receptor de insulina (Gidwitz et al., 1980; Solomonson et} al., 1976; Lomeo et al., 1986; Clandinin et al., 1991). En todos estos casos, los PUFA parecen mostrar un mayor efecto que los MUFA (Hulbert et al., 2005; Hulbert and Else, 2000). Además, lípidos específicos de membrana regulan la función de proteínas anfitrópicas a las que se unen débil y reversiblemente mediante interacciones covalentes o no covalentes (Burn, 1988). Las interacciones con lípidos de membrana pueden afectar su ensamblaje, plegamiento u organización topológica y, por lo tanto, su función. Proteínas implicadas en la transducción de señales generadas en las membranas, como las GTPasas Ras, fosfocolina citidiltransferasa, PKC (Proteína quinasa C) y PLC (Fosfolipasa C), son comúnmente reguladas por anfitropismo (Dowhan et al., 2004). Además, varias proteínas de la matriz extracelular y del citoesqueleto, como vinculina, α-actinina, profilina y gelsolina, pueden interactuar con fosfolípidos de membrana, regulando procesos fundamentales como la división, migración, adhesión celular, cambio de forma o interacciones célula-célula (Niggli and Burger, 1987; Grimard et al., 1993).

Por otro lado, se ha sugerido un papel de los lípidos de la dieta en la organización de los microdominios de la membrana plasmática, en concreto los conocidos como balsas lipídicas o lipid rafts (Rajendran and Simons, 2005; Simons and Vaz, 2004; Yaqoob, 2009). Dichos dominios tienen una composición característica, tanto de lípidos como de proteínas, de manera que cambios en su organización pueden conducir a una desregulación de la propia célula. Los lipid raft son dominios pequeños (10-200 nm) y representan el 10-15% del área de la membrana plasmática (Freeman and Solomon, 2004). Se caracterizan por su composición lipídica rica en colesterol, esfingolípidos y lípidos que contienen cadenas de ácidos grasos saturados (Chapkin et al., 2008; Mantovani, 2009). Según su composición, pueden clasificarse en Chol-Rafts y Cer-Rafts. Los Chol-Rafts están enriquecidos en colesterol, esfingomielina y gangliósidos, mientras que los Cer-Rafts son ricos en ceramida y esfingomielina (Patra, 2008). Los lipid raft citados en la literatura corresponden a los Chol-Rafts. Además, según su morfología, también pueden distinguirse dos variedades de lipid raft en la superficie celular: las caveolas y los flat raft o dominios G. Las caveolas son invaginaciones de membrana con forma de matraz, de 50-100 nm, y están enriquecidas con la proteína Caveolina (Cav1)

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(Freeman and Solomon, 2004; Razani et al., 2002; Rajendran and Simons, 2005). Los flat rafts son estructuras no caveolares que sin embargo comparten una composición de lípidos y proteínas muy similares a las de las caveolas. Recientemente, se han determinado las diferencias funcionales entre ambos tipos de estructuras debidas a la diferente composición en proteínas (Yao et al., 2009). Tanto los flat rafts como las caveolas contienen la proteína Flotilina, cuya función principal es de andamiaje, en ocasiones formando complejos heterodiméricos junto con caveolina (Bickel et al., 1997).

Los lipid rafts están implicados en señalización celular, endocitosis, transcitosis, tráfico de colesterol y adhesión (Jump, 2004; Stulnig, 2003; Brown and London, 2000; Freeman and Solomon, 2004; Razani et al., 2002; Rajendran and Simons, 2005; Simons and Vaz, 2004), lo que explicaría su papel en diversos tipos de patologías, entre ellas el cáncer (Ma et al., 2004b; Michel and Bakovic, 2007). Su función en la transducción de señales podría ser la de concentrar los receptores para que éstos interactúen con sus ligandos y efectores de ambos lados de la membrana (Simons and Ikonen, 1997). En este sentido, se ha descrito la localización de algunos de los componentes de la vía de señalización intracelular mediada por la proteína p21Ras en estos microdominios de membrana (Prior and Hancock, 2001; Mineo et al., 1996; Zhuang et al., 2002; Ma et al., 2004a). En colon de ratones, se ha observado una disminución de la activación de la proteína Ha-Ras en los microdominios lipídicos por efecto de los PUFA n-3 de la dieta, en comparación con los PUFA n-6, asociada con cambios en la composición lipídica y proteica de las caveolas. La causa de la supresión de la vía de señalización de Ras sería (altera su localización) un desplazamiento de Ha-ras en los microdominios lipídicos por efecto de dichos lípidos (Ma et al., 2004a; Chapkin et al., 2008). Además, en el modelo de cáncer de colon inducido en la rata con azoximetano, una dieta rica en aceite marino disminuyó el contenido de Ras unido a membrana, mientras que una dieta rica en aceite de maíz aumentó dicha localización sin alterar la farnesilación ni la polmitoilación de la proteína (Davidson et al., 1999). Otros autores han demostrado que los PUFA n-3, en comparación con los PUFA n-6, disminuyen la relación Ras membrana-citosol (Singh et al., 1997). En relación al aceite de oliva, los compuestos minoritarios como el hidroxitirosol o el escualeno, pueden influir en el metabolismo

33 lipídico, disminuyendo los niveles de intermediarios lipídicos requeridos para la prenilación de Ras, necesaria para su activación en la membrana (Visioli, 1998; Rao et al., 1998; Smith et al., 1998; Newmark, 1999; Kris-Etherton et al., 1999). Estudios recientes del grupo investigador han demostrado que los lípidos de la dieta modifican diferencial y específicamente la composición de la membrana de las células tumorales mamarias. Así, una dieta rica en aceite de maíz enriqueció la membrana en PUFA n-6 y en colesterol, mientras que una dieta rica en aceite de oliva aumentó los niveles de MUFA n-9. Esta misma dieta provocó un aumento de la ratio ceramida/esfingomielina y de CD95 así como una disminución de los niveles de Cav1 en caveolas. Estos resultados estuvieron en línea con la disminución de la actividad de p21Ras, la downregulación de la vía Akt y la inducción de la apoptosis previamente demostrada por efecto de la dieta de aceite de oliva en los tumores mamarios experimentales (Solanas et al., 2010).

Por otra parte, existen evidencias de que la composición de fosfolípidos de la membrana nuclear interviene en la regulación de la funcionalidad de ésta y, en consecuencia, de procesos como la replicación y la transcripción del ADN o el transporte núcleo-citoplasmático del ARN (Clandinin et al., 1991; Tomassoni et al., 1999).

Finalmente, los lípidos también podrían influir en la carcinogénesis modulando procesos de comunicación celular. En este sentido, en un modelo de cáncer de mama en rata se ha descrito que los PUFA n-6 son capaces de bloquear la comunicación intercelular mediada por uniones tipo gap junction, a través de las cuales las células intercambian iones y moléculas de bajo peso molecular en un proceso de cooperación metabólica. Dicho bloqueo resulta en la no transferencia de señales inhibitorias entre células tumorales, lo que conduce a una proliferación descontrolada de las células iniciadas y a la promoción del desarrollo tumoral (Aylsworth et al., 1984; Aylsworth et al., 1987; Holder et al., 1993).