Autor para la correspondencia:
Prof. José C. Rodríguez-Pérez
Unidad de Investigación. Servicio de Nefrología
Hospital Universitario de Gran Canaria Dr. Negrín
35010 Las Palmas de Gran Canaria
e-mail: jrodperd@gobiernodecanarias.org
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Introducción
Los genes Hox codifican una amplia familia de factores de transcripción caracterizados por poseer el homeodominio en su estructura. Esta secuencia de unión al DNA, muy conservada a través de la evolución, está constituida por 61 aminoácidos formando 3 a-hélices. Los genes Hox juegan un papel central durante el desarrollo embrionario, determinando la identidad de los somitas y regulando la organogénesis1. Durante los últimos años los genes Hox han sido encontrados en contextos genéticos diferentes, tanto en el desarrollo embrionario como en el adulto, habiendo sido relacionados con diversas patologías como la anirinia (Pax6), sinpolidactilia (HoxD13) y varios tipos de cáncer como el rabdomiosarcoma alveolar (Pax3) o los tumores intestinales (CDX2).
Las enfermedades vasculares y renales son patologías complejas. En función del tipo celular afectado y del daño específico subyacente se pondrán en macha procesos de proliferación, hipertrofia, desdiferenciación o apoptosis. En estos procesos, el ciclo celular ocupa un lugar central, coordinando de cierta forma las distintas respuestas celulares posibles. Así mismo, desde un punto de vista molecular, existen grandes similitudes en los procesos involucrados en el desarrollo de la aterosclerosis y la glomeruloesclerosis. En ambas patologías, independientemente del efector responsable de la enfermedad, tienen lugar procesos de inflamación, proliferación y fibrosis, pudiendo concurrir procesos de remodelado tisular. Por otra parte, se han encontrado importantes analogías entre la arquitectura glomerular y la vascular, pudiéndose considerar al glomérulo como una variación estructural de los vasos sanguíneos.
Los genes Hox han sido relacionados con los procesos de remodelado vascular y angiogénesis pre y postnatales, así como con la regulación del ciclo celular. Además, existen importantes similitudes entre los procesos de regeneración tisular y los procesos de organogénesis, donde los genes Hox juegan un papel relevante. En los últimos años se han descubierto similitudes genéticas notables, como la expresión de algunos genes típicos del desarrollo embrionario durante los procesos patológicos del riñón en el adulto2-4. Estos hechos nos inducen a pensar que los genes Hox juegan un papel central en la patología vascular y renal.
Genes Hox
El homeodominio es un motivo de unión al DNA y su nombre deriva de un término anterior, la homeosis. Bateson acuñó esta palabra en 1894 para referirse a las variaciones naturales donde ciertas partes del cuerpo muestran características de otras regiones5. Años más tarde Bridges recupera este término para las mutaciones homeóticas, donde la identidad de una parte del organismo es convertida en otra. De hecho, la primera mutación homeótica fue descrita por Bridges a principios del siglo pasado. Cribando mutaciones en Drosophila en el laboratorio de Thomas H. Morgan encontró una mosca donde la parte anterior del tercer segmento torácico había sido reemplazada por la parte anterior del segundo segmento torácico6. Este fenotipo fue bautizado como bithorax. A finales de los años 70 Lewis logró aislar y caracterizar el gen responsable del fenotipo bithorax, bautizándolo con el mismo nombre7. A partir de entonces se han aislado muchas proteínas más con el homeodominio en su estructura, aunque sólo algunas se encuentran relacionados con las mutaciones homeóticas.
La clasificación de los genes Hox es compleja8, por lo que habitualmente se dividen en dos grupos:
1. Genes Hox senso estricto (Hox s.e.): aquellos genes Hox que se encuentran en alguno de los 4 clusters Hox.
2. Genes Hox senso lato (Hox s.l.): genes que presentan el homeodominio, excluyendo los anteriores.
Aunque no se trate de una clasificación natural, esta división es frecuentemente utilizada, ya que los genes Hox s. e. poseen una organización genómica y un sistema de expresión característica que aconsejan un tratamiento especial.
Genes Hox senso estricto
Los genes Hox s.e. son también conocidos en la literatura anglosajona como anntenapedia-type o clustered Hox genes. Tienen la peculiaridad de encontrarse agrupados en cuatro clusters (HoxA-D), distribuidos en diferentes cromosomas. Los genes Hox s.e. se dividen en 13 grupos parálogos según el lugar que ocupan en el cluster y la similitud de secuencias (Fig. 1). Durante los primeros estadíos del desarrollo embrionario juegan un papel central, estableciendo la identidad de los somitas. En este momento el perfil de expresión de los genes Hox s.e. es temporal y espacialmente colineal respecto a su posición en el cluster, habiendo sido este hecho relacionado con un aumento paulatino de la concentración de ácido retinoico a lo largo de esta fase del desarrollo embrionario. Sin embargo, el mecanismo mediante el cual se coordina la expresión entre ellos y la causa de que se encuentren agrupados en clusters son poco conocidos, aunque debe existir alguna relación entre ambos. Recientemente se han descubierto varios microRNA dentro de los clusters con secuencias complementarias a diferentes genes Hox, postulándose que puedan actuar de alguna forma en la coordinación de su expresión.
A finales de los años 80 los genes Hox s.e. comenzaron a encontrarse en contextos diferentes al del desarrollo embrionario. Primero se relacionaron con la eritropoyesis en el adulto9-11 y a principios de los años 90 con el sistema cardiovascular12. Resulta interesante que se haya documentado expresión de genes Hox en los linajes sanguíneo y endotelial, pues ambos derivan del mismo precursor celular, el hemangioblasto.
El primer grupo que encontró expresión de genes Hox s.e. en el sistema cardiovascular fue el de Gorski12, 13. A partir de librerias de cDNA de células de músculo liso vascular de aorta de rata se aislaron varios genes Hox s.e., HoxA2, HoxA4, HoxA5, HoxA11, HoxB1, HoxB7 y HoxC9, poniendo de relieve la importancia de estos genes en la vida postnatal. Un trabajo posterior comparó la expresión de los genes Hox entre células musculares lisas embrionarias y adultas, encontrándose una mayor tasa de expresión de HoxB7 y HoxC9 en las células de origen embrionario, por lo que se especula que estos genes pueden juegar un papel como inductores de la proliferación celular14. Sin embargo, HoxA5, HoxA11 y HoxB1 presentaron un nivel de expresión reducido y similar en ambos tipos celulares.
HoxA9 ha sido relacionado con la angiogénesis. La inhibición de HoxA9 disminuye la formación de vasos y la migración de las células endoteliales in vitro15. Esta actividad proangiogénica de HoxA9 está relacionada, al menos en parte, con la capacidad de regular transcripcionalmente la expresión del receptor EphB415, que ha sido implicado en los procesos angiogénicos y hematopoyéticos16, 17. EphB4 debe jugar también algún papel específico en el desarrollo del glomérulo, pues ratones transgénicos que sobrexpresan EphB4 en el riñón desarrollan malformaciones glomerulares que desembocan en glomerulopatías18. Una variación transcripcional de este gen, HoxA9EC ha sido descrita recientemente19. Su expresión es inhibida por el Factor de Necrosis Tumoral (TNF) y por el momento sólo ha sido encontrado en células endoteliales de humanos20. Nuestro grupo, trabajando en corteza de riñón de rata, no ha encontrado expresión de esta forma de splicing alternativo, aunque sí de HoxA9 (Fig. 2). La comparación de las secuencias genómicas de Homo sapiens y Rattus norvergicus en la región donde se produce el splicing alternativo revelaron notables diferencias, por lo que pensamos que esta variación génica podría tener un papel modulador sólo en algunas especies.
HoxB3 y Hox D3 parecen estar involucrados en la angiogénesis y en la diferenciación de las células endoteliales. HoxD3 es expresado con mayor intensidad en células proliferativas y su expresión es activada por el Factor de Crecimiento de Fibroblastos básico (bFGF)21. Se piensa que HoxD3 está relacionado con la actividad migratoria o invasiva de las células endoteliales21, mientras que HoxB3 trabaja de una forma diferente, actuando más bien sobre la subsiguiente morfogénesis de los nuevos vasos formados. Estas observaciones han llevado a sugerir que ambos genes Hox realizan actividades complementarias dentro de un determinado tejido22.
HoxB5 ha sido relacionado con la diferenciación en angioblastos. HoxB5 es capaz de regular la expresión de flk1/KDR (VEGFR-2), un receptor del Factor de Crecimiento del Endotelio Vascular, solapándose las zonas de expresión de HoxB5 y flk1/KDR durante los primeros estadíos de la diferenciación de los angioblastos. Además su expresión resulta suficiente para iniciar la diferenciación en células endoteliales23.
HoxB7 ha sido citado en varios estudios como un elemento activador de la angiogénesis. Se ha encontrado activación de HoxB7 en tumores de mama y melanomas, actuando como un promotor de la proliferación y la formación de nuevos vasos24, 25, por lo que ha sido propuesto como posible diana antitumoral. La actividad angiogénica de HoxB7 ha sido relacionada con la capacidad de activar la síntesis de varios factores angiogénicos, péptidos vasoactivos e interleukinas, como bFGF, VEGF, angiotensina-II e interleuquina-8 en diferentes líneas tumorales24-26. HoxB7 también se expresa en placas de ateroma y su sobrexpresión en células C3H10T1/2, una línea de células pluripotenciales, hace que aumente su actividad proliferativa y se active la diferenciación a células musculares lisas27. Todo ello induce a pensar que HoxB7 puede tener alguna función remodeladora del sistema vascular.
HoxD10, al contrario que HoxB7, ha sido citado como un agente con actividad anti-angiogénica. HoxD10 se expresa preferentemente en las células endoteliales en estado no proliferativo, inhibiendo su migración y la formación de nuevos vasos. De forma consistente con estos hallazgos, HoxD10 parece bloquear la acción proangiogénica, tanto de bFGF como de VEGF28.
El grupo de genes parálogos HoxA11/HoxC11/HoxD11 juega un papel central en la inducción y desarrollo de los riñones metanéfricos. HoxA11 y HoxD11 regulan la ramificación del uréter durante el desarrollo embrionario, actuando de forma sinérgica, de tal forma que la eliminación de uno de ellos solamente no tiene consecuencias, mientras que los dobles mutantes presentan riñones rudimentarios o incluso, en casos extremos, carecen de ellos29. La eliminación de los tres genes produce la completa desaparición del riñón metanéfrico, aunque curiosamente la expresión de los genes Pax-2 y Wnt-1, fundamentales en el desarrollo renal, no se modifica en estos mutantes30. Por otra parte, HoxA11 podría regular la expresión de la integrina-α8 durante la morfogénesis renal. De hecho, los ratones knockout de esta integrina presentan un fenotipo muy similar al doble knockout HoxA11/HoxD1131, lo que sugiere que estos genes Hox podrían estar actuando sobre la misma ruta de señalización.
No obstante, las variaciones morfológicas encontradas en los estudios realizados en animales knockouts de genes Hox s.e. deben analizarse con suma precaución. A veces puede resultar complicado establecer si éstas se deben a un problema de establecimiento de identidad relacionado con la función nativa de lo genes Hox s.e. en los primeros estadíos del desarrollo o a una función diferente del gen en el tejido estudiado en etapas posteriores. Además el sinergismo que presentan los genes Hox s.e. parálogos es otro factor que complica los estudios con animales transgénicos.
Genes Hox senso lato
El grupo de los genes Hox s.l., también llamados non-anntenapedia-type o non clustered Hox genes, es bastante heterogéneo. Dentro de este subgrupo estarían el resto de los genes Hox, aquellos que poseyendo el homeodominio, no se encuentran en ninguno de los cuatro clusters Hox tradicionales. Nosotros nos centraremos en cuatro de ellos Cux-1, Gax, Hex y Prx-1, genes que directa o indirectamente han sido relacionados con las patologías vascular y renal.
Cux-1
Cux-1 es el gen homólogo en mamíferos del gen cut de Drosophila, por lo que también se le conoce como Cutl-1 (cut-like gene). El gen cut en Drosophila interviene en la determinación del tipo celular en numerosos tejidos, resultando esencial para el desarrollo normal de los túbulos de Malphigi, el sistema excretor en los insectos32, 33.
Durante el desarrollo, Cux-1 se expresa en diversos órganos, entre ellos el riñón mesonéfrico y metanéfrico, con una mayor expresión en las áreas nefrógenas, tanto en células mesenquimales como epiteliales, así como alrededor del mesénquima nefrógeno34. El patrón de expresión de Cux-1 coincide en el tiempo y en el espacio con el de los genes Notch. Estos genes codifican receptores de membrana que han sido relacionados tanto con el desarrollo embrionario del riñón como con la reparación renal en el adulto35. Se ha especulado con la idea de que Cux-1 pueda actuar como gen efector de Notch. En este sentido, se ha observado que la línea celular RKE de epitelio renal, que expresa constitutivamente Notch, presenta niveles elevados de Cux-136. Al final de la diferenciación Cux-1 es inhibido o pierde su capacidad de unión a sus dianas, detectándose sólo una señal mínima en glomérulos y túbulos maduros34. Este patrón temporal de expresión induce a pensar que Cux-1 debe jugar algún papel importante en el desarrollo renal.
La expresión de Cux-1 se ha relacionado con aumentos en la proliferación celular (Fig. 3), actuando probablemente como un represor de la transcripción de los inhibidores del ciclo celular p27kip1 (p27) o p21Cip1 (p21). En diversos modelos experimentales de enfermedad renal se han detectado alteraciones del ciclo celular (ver recuadro). En este sentido, la reducción de la expresión de p21 y p27 se ha relacionado bien con una activación de la respuesta proliferativa de la célula mesangial, bien con el desarrollo de glomeruloesclerosis e hipertrofia glomerular37, 38. Los experimentos con ratones transgénicos parecen ser congruentes con estos datos. Así, ratones knockout p27-/- presentan problemas proliferativos que conducen a una hiperplasia multiorgánica39-41, de forma parecida a lo que ocurre en ratones transgénicos que expresan Cux-1 constitutivamente42. Un estudio posterior con ratones transgénicos que expresan Cux-1 constitutivamente, más centrado en el riñón, encontraron que estos animales desarrollaban glomeruloesclerosis y fibrosis intersticial, con un aumento específico de colágeno IV en matriz43. También se han encontrado relaciones entre p21 y Cux-1. La expresión constitutiva de Cux-1 produce la inhibición de p21, pero sólo en la fase S del ciclo celular, momento en que se detecta tanto un aumento en la síntesis de Cux-1 como de la actividad desfosforiladora del homeodominio de Cux-1 por Cdc25A44. La relación de Cux-1 con p27 y p21 también ha sido encontrada en quistes renales. En riñones poliquísticos de ratónes C57BL/6J-cpk/cpk la expresión de Cux-1 se encuentra aumentada en el epitelio de los quistes34, estando también modificada la expresión de p21 y p27, aunque de forma diferente dependiendo del modelo de ratón utilizado45.
Los datos experimentales de cultivo de piezas de riñon embrionario in vitro también relacionan a Cux-1 con el ciclo celular. Estos experimentos determinaron que la inhibición de Cux-1 con oligonucleótidos antisentido causa un aumento de la apoptosis y un retardo en el crecimiento de los órganos46. Este grupo atribuye el aumento de la tasa de apoptosis a una desregulación de los procesos de proliferación/diferenciación, lo que daría lugar a una salida del ciclo hacia la apoptosis47.
Gax
El gen Gax fue clonado por primera vez en 1993, observándose una fuerte inhibición de su expresión durante la transición G0/G1 en células musculares lisas48. El gen Gax se expresa en el tejido cardiovascular adulto incluyendo corazón, pulmones y en las células musculares de la capa media arterial. En tejidos embrionarios se ha detectado expresión en los tres linajes musculares (estriado, liso y cardíaco), así como en el cerebro49. La expresión de Gax solapa con la del Factor Amplificador de Miocitos 2 (MEF2), un homólogo del Factor de Respuesta al Suero (SRF), que actúa como un regulador transcripcional en células musculares y neuronales y cuya actividad se regula post-traduccionalmente50. MEF2 es capaz de unirse específicamente al promotor de Gax y activar su síntesis51.
Gax es rápidamente inhibido en células musculares lisas por señales mitogénicas tales como la Angiotensina II, el Factor de Crecimiento Derivado de Plaquetas (PDGF) y el suero48, 52 e inhibido más lentamente por señales de parada de crecimiento como el péptido natriurético del tipo C o la privación de suero 48, 52. De forma similar, Gax es inhibido durante la respuesta proliferativa característica del modelo de daño vascular con balón en arteria carótida de rata53. La microinyección de Gax en células musculares lisas así como su sobreexpresión en células musculares lisas o fibroblastos producen la parada del ciclo celular en G1 y la detención de la proliferación celular54. Gax inhibe la proliferación celular a través de la activación de la expresión de p21 (Fig. 3) en células musculares lisas y fibroblastos54. También se ha encontrado inhibición del crecimiento por Gax en cultivos de células endoteliales de vena umbilical humana (HUVEC) con un aumento paralelo de la expresión de p2155.
La sobrexpresión de Gax produce una marcada disminución de la capacidad migratoria en células musculares lisas. Esta actividad, no obstante, no tiene lugar en células p21-/-. Paralelamente, Gax inhibe la expresión de varias integrinas, aunque este efecto tampoco está presente en células p21-/-56. Por tanto, la actividad antimigratoria de Gax y su potencial para modificar la expresión de integrinas probablemente estén relacionadas con su actividad antiproliferativa a través del ciclo celular. En consonancia con estos datos, ratones knockout Gax-/- muestran una disminución importante en la cantidad de músculo esquelético en las extreminades, debido posiblemente a una disminución de la capacidad migratoria de los precursores del músculo estriado57.
Resulta interesante el estudio de Perlman et al. donde observan que la sobrexpresión de Gax en células musculares lisas induce la entrada en apoptosis58. La expresión forzada de Gax en estas células inhibe la síntesis de Bcl-2 y activa la de Bax. Bax es una proteína proapoptótica de la famlia Bcl-2 cuya actividad es bloqueada por la formación de un heterodímero con Bcl-259. De forma consistente con estos datos, fibroblastos embrionarios de ratón Bax-/- resultaron insensibles a la inducción de apoptosis por Gax. Esta actividad sólo tuvo lugar en células proliferativas y fue independiente de p53 y de p2158.
Un estudio reciente ha puesto en evidencia la existencia de interacciones de Gax con NF-kappaB. La transfección de células endoteliales con un vector de expresión del gen Gax provoca la inhibición de NF-kappaB y de diversas moléculas proinflamatorias60, poniendo de manifiesto el potencial antiinflamatorio y antiproliferativo de este gen.
Hex
Este gen, conocido también como Prh (proline-rich homeodomain gene), se encontró por primera vez en tejido hematopoyético, pulmones e hígado durante el desarrollo61, 62. Sin embargo, también se expresa en los primeros estadios del desarrollo embrionario, durante la formación de la gástrula, estando implicado en la determinación de la identidad del área anterior en el embrión63, así como en la asimetría lateral64, 65. Más tarde se descubrió que Hex también se expresa en tejidos adultos, jugando un papel central en la hematopoyesis66, 67.
Hex se expresa de forma transitoria en endocardio y en angioblastos embrionarios, actuando además como un marcador temprano de células precursoras del endotelio que desaparece al comienzo de la diferenciación celular65. Hex también activa la transcripción del gen SMemb/NMHC-B (cadena pesada de la miosina no muscular tipo B de músculo liso embrionario), un marcador de cambio fenotípico de la célula muscular lisa68.
En Xenopus laevis ha sido aislado el gen homólogo, Xhex que se expresa en células endoteliales vasculares durante el desarrollo de la red vascular. Su expresión en el tejido vascular comienza poco después de que se detecte expresión de flk-1, que codifica para el receptor VEGFR-2, esencial en el desarrollo vascular. La sobreexpresión de Xhex da lugar a un aumento en el número de células en el endotelio vascular (Newman et al, 1997). Para otros autores, Hex actúa también como inhibidor de la angiogénesis, bloqueando la expresión de los receptores VEGFR-1 y, en especial, de VEGFR-2, teniendo poca o nula acción sobre la diferenciación69. La expresión de Hex puede incrementarse en respuesta a la acción del factor de crecimiento transformante-β1 (TGF-β1) en células endoteliales. Además, se ha demostrado que TGF-β1 actúa como inhibidor de la expresión de VEGFR-2, bloqueando la unión del factor de transcripción GATA-2 al promotor de VEGFR-2, a través de la formación de un complejo inhibitorio formado por Hex y GATA-270 (Fig. 4). Estos datos sugieren que Hex pudiera mediar las acciones anti-angiogénicas del TGF-β1 en células endoteliales. El mecanismo mediante el cual TGF-β1 induce la expresión de Hex permanece sin dilucidar. Se sabe que el TGF-β1 induce la actividad de las proteínas Smad-2 y Smad-5 en células endoteliales. Además, la señalización mediada por Smad se ha relacionado con el control de la expresión de Hex71. En este sentido apuntan los datos obtenidos en ratones transgénicos deficientes en Smad-2. Estos ratones carecen de niveles detectables de Hex y fallecen durante la fase de embrión. Analizados en conjunto, estas observaciones parecen sustentar la posibilidad de que la señalización del TGF-β1 esté acoplada a la inhibición de VEGFR-2 mediada por Hex a través de alguna vía dependiente de Smad-2 y pone de relieve la importancia que podría tener Hex en los mecanismos de transducción de la señal de TGF-β1.
En las células mieloides Hex inhibe la expresión del factor eukariótico iniciador de la traducción 4E (eIF4E), regulando posiblemente la transcripción de una forma tejido-específica72. Este factor se ha relacionado con los mecanismos de activación de VEGF en células epiteliales renales expuestas a angiotensina II73. También hay referencias de que el gen HoxA9 modula positivamente la actividad del factor eIF4E, compitiendo, a juicio del autor, con Hex por el sitio activo74.
El grupo de Schaefer ha relacionado a Hex con la familia de factores de transcripción Jun (c-Jun, JunB y JunD), cuya expresión puede estar alterada en diversas patologías vasculares, y modular de esta forma la capacidad transactivadora de estas proteínas, especialmente cuando están formando heterodímeros con c-Fos75.
Los experimentos con ratones transgénicos han arrojado resultados divergentes. En un trabajo se encontró que el knockout heterozigótico Hex+/-presentaba un fenotipo normal, mientras que el homozigoto Hex-/- moría alrededor del día 11,5 post coitum. Su muerte se atribuyó a la incapacidad para desarrollar el hígado, sin que se detectaran señales de problemas vasculares importantes76. Sin embargo, en un trabajo posterior se encontró que los ratones Hex-/- morían alrededor del día 14,5 post coitum, mostrando un desarrollo anormal del corazón, una vasculogénesis impedida y niveles elevados de VEGF tipo A77.
Prx-1
Prx-1, también conocido como MHox y PHox, fue clonado por primera vez en 199278. Durante el desarrollo embrionario del ratón se expresa exclusivamente en las células derivadas del mesodermo, mientras que en el ratón adulto su expresión se detecta en el músculo esquelético, corazón y útero79. A Prx-1 se le ha atribuido una función reguladora del establecimiento de los diferentes linajes mesodérmicos.
La hipertrofia inducida por angiotensina II en células musculares lisas se ha relacionado con un aumento en la transcripción de la α-actina. El tratamiento de cultivos de células musculares lisas con angiotensina II también produce un aumento de la transcripción de Prx-1. Esta proteína es capaz de unirse al promotor de la α-actina y activar su transcripción, actuando conjuntamente con el factor de respuesta al suero (SRF) y la miocardina, un cofactor de SRF específico de célula muscular lisa (Fig. 5)80, 81. Prx-1 (y también el gen homólogo Prx-2) ha sido relacionado con la proliferación de células musculares lisas en enfermedades vasculares pulmonares. Prx-1 colocaliza con el cofactor tenascina-C, que ha sido implicado en la vasculogénesis. La angiotensina II también activa la transcripción de tenascina-C. Esta actividad de la angiotensina II podría estar mediada probablemente por Prx-1, ya que Prx-1 es capaz de transactivar in vitro el promotor del factor tenascina-C en células musculares lisas82.
Respecto a los estudios con ratones knockout, se ha encontrado que Prx-1 participa en el desarrollo del sistema vascular y de la matriz perivascular, existiendo cierto sinergismo con Prx-2. No obstante, mientras que el ratón Prx-2-/- es viable y no presenta anomalías cardiovasculares importantes, el knockout de Prx-1 y el doble knockout Prx-1/Prx-2 presentaron fenotipos similares, con graves defectos en el sistema cardiovascular, aunque más serios si cabe en el doble mutante83.
Conclusiones
Sin duda los genes Hox se encuentran implicados en el desarrollo embrionario del sistema cardiovascular y renal. La cuestión por dilucidar es si están involucrados en las patologías cardiovasculares y renales del adulto y, en caso afirmativo, a qué nivel y cuál es su función. Los datos disponibles parecen indicar que efectivamente existen relaciones entre los genes Hox y las enfermedades vasculares.
Los genes Hox son genes directores con un papel clave durante el desarrollo embrionario1. Si en la fase adulta se produce una reactivación de las mismas rutas que actúan durante el desarrollo, muy probablemente estos genes también estén involucrados. La evolución tiende a reutilizar los mecanismos existentes para resolver los nuevos problemas. No se trata de una actuación dirigida, sino que simplemente resulta más sencillo (y por lo tanto, más probable) modificar una respuesta existente que crearla desde cero.
No debe sorprender que ciertos genes del desarrollo actúen también en la edad adulta. Diversos autores afirman que durante la reparación de los tejidos dañados se activan las mismas rutas que durante el desarrollo embrionario84. Ya a finales de los años 80 Bacallao avanza esta teoría85. Un número importante de datos indica un gran paralelismo entre la resolución de las patologías renales y el desarrollo embrionario del riñón. En este sentido, las altas tasas de síntesis de DNA86 y de apoptosis87 encontradas en la regeneración son similares a las encontradas durante el desarrollo88. Tanto el riñón dañado87, 89 como el riñón en desarrollo90 muestran una vasoconstricción importante, siendo incapaces de producir orina a la máxima concentración. Además, en los últimos años se han descubierto similitudes genéticas notables, como la expresión de algunos genes típicos del desarrollo durante los procesos patológicos renales2-4. No obstante, hay que decir que ambos procesos tienen algo que los diferencia: la respuesta inmune. En el adulto después del daño tisular, además de los mecanismos de reparación, se ponen en marcha procesos inflamatorios, inexistentes en el embrión. Esta parece ser la razón por la que en la reparación de los tejidos embrionarios no se producen cicatrices, excepto lógicamente en las últimas etapas del embarazo, cuando el sistema inmune está ya activo84. Tal vez sean precisamente las complicaciones derivadas de la respuesta inmune las que hacen evolucionar algunos modelos experimentales de enfermedad renal crónica hacia la insuficiencia renal crónica irreversible.
En conclusión, en las enfermedades cardiovasculares y renales tienen lugar fenómenos de remodelado tisular. A este proceso parecen contribuir las alteraciones en la expresión de genes que regulan el ciclo celular y aquellos que son mediadores de la inflamación y la fibrosis. Los genes Hox desempeñan un papel de enorme trascendencia en la morfogénesis, pero también en los procesos de remodelado vascular y angiogénesis postnatales. En estos procesos se han descrito mecanismos moleculares análogos a los que tienen lugar en las distintas fases de las enfermedades vasculares.
Por todo lo expuesto anteriormente creemos, que en la búsqueda de nuevos genes implicados en las enfermedades cardiovasculares y renales con utilidad y aplicabilidad diagnóstica o terapéutica, los genes Hox son firmes genes candidatos.
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Pies de Figura
Figura 1. Organización y expresión de los genes Hox senso estricto. En humanos y ratones existen 39 genes Hox s.e. que se agrupan en 4 clusters designados con una letra cada uno (A-D) y localizados en cromosomas diferentes. Se piensa que los clusters se originaron mediante sucesivas duplicaciones. El patrón de expresión de los genes Hox es espacial y temporalmente colineal con su posición dentro del cluster. La expresión de los genes Hox s.e. depende de la concentración ambiental de ácido retinoico, aumentando el grado de sensibilidad a esta molécula hacia el extremo 3¿. El aumento paulatino de la concentración del ácido retinoico hace que los genes Hox s.e. se activen secuencialemente. La expresión de estos genes determinará la identidad de los diferentes segmentos del cuerpo.
Figura 2. Expresión de HoxA9 en corteza de riñón de rata. Se aisló el RNA total de corteza renal de ratas Sprage-Dawley. La expresión de HoxA9 se confirmó mediante RT-PCR y secuenciación del producto amplificado. Se utilizaron primers específicos para rata localizados a ambos lados de una secuencia donde en el humano se encuentra el sitio de splicing alternativo de HoxA9. En el riñón de rata no tiene lugar la expresión de una proteína alternativa de mayor peso molecular que sea equivalente a la encontrada en humano, ya que en caso contrario deberíamos haber encontrado una banda adicional de 1434 bp en nuestras muestras. 1, marcador de peso molecular; 2 y 3, ratas control; 4 y 5, ratas con ablación de 5/6 de la masa renal, y 6, reacción de amplificación sin cDNA.
Figura 3. Efectos de Cux-1 y Gax sobre en el ciclo celular. Los inhibidores de CDKs p21Cip1 y p27Kip1 actúan en el ciclo celular dando lugar a una parada en la transición G1/S. Estas proteínas regulan el ciclo celular mediante su interacción con los complejos ciclinaD-CDK4 (o CDK6) y ciclinaE-CDK2. El secuestro de las proteínas Cip/Kip por el complejo ciclinaD-CDK4 facilita la activación del complejo ciclinaE-CDK2. Las quinasas CDK2 y CDK4 (o CDK6) activadas contribuirán secuencialmente a la fosforilación de la proteína del retinoblastoma (Rb), anulando su capacidad para reprimir a los miembros de la familia E2F y dando lugar a la activación de genes requeridos para la entrada en Fase S. Cux-1 y Gax actúan de forma opuesta sobre la expresión de p21 y p27. Gax es un activador, provocando parada del ciclo celular, mientras que Cux-1 inhibe la expresión de p21 y 27, favoreciendo así la transición G1/S.
Figura 4. Papel de Hex en la regulación de flk-1 por TGF-b1. TGF-b1 activa el promotor de Hex, probablemente a través de la activación de las proteínas Smad. A su vez, Hex es capaz de secuestrar el factor nuclear GATA-2, inhibiendo así la transcripción del gen flk-1. Esta vía podría estar involucrada en el papel anti-angiogénico del TGF-b1.
Figura 5. Prx-1 como mediador del sistema Renina-Angiotensina. El sistema renina-angiotensina ha sido relacionado con la fibrosis e inflamación renal. Prx-1 es inducido por la angiotensina II y es capaz de activar el promotor de la a-actina en células musculares lisas. Para ello se une al promotor de la a-actina en la caja ATTA, que constituye la secuencia de reconocimiento del homeodominio. También contribuye a la formación de un complejo de activación con SRF y miocardina que se unirá a la caja CarG-B del promotor.
