La tesi de la doctora Elena Thomàs constata les diferències de gènere en

els factors que modulen la resposta de l’enzim antiateroscleròtic

paraoxonasa 1 enfront de l’estrès oxidatiu induït per la dieta

La seva recerca s’ha centrat en l’enzim paraoxonasa 1, i n’ha avaluat la resposta

davant diferents situacions nutricionals que impliquen alteracions pel que fa al

balanç oxidatiu

Quasi totes les cèl·lules generen, de manera moderada i localitzada, les

anomenades espècies reactives d’oxigen (ROS, en anglès), les quals participen en

processos fisiològics de senyalització o regulació de les funcions cel·lulars. No

obstant això, a concentracions elevades, les ROS tenen capacitat de produir danys

als teixits, i els seus efectes nocius es relacionen amb la modificació de l’estructura

de proteïnes, amb la peroxidació lipídica i amb la producció de mutacions a l’ADN.

Per evitar l’aparició de dany oxidatiu, són de gran importància les defenses

antioxidants de la cèl·lula, que actuen esmorteint els efectes deleteris de les ROS.

(Fig. 1.)

Figura 1. Vies de formació i eliminació de les espècies reactives d’oxigen (ROS). A partir de la molècula d’oxigen, i mitjançant diversos mecanismes enzimàtics i no enzimàtics, es genera el radical superòxid (O-•

2), a partir del qual es generen la resta de ROS: H2O2 i OH-

(peròxid d’hidrogen i radical hidroxil, respectivament). Enzims com la glutatió peroxidasa i la catalasa formen part dels mecanismes antioxidants de què disposa la cèl·lula per a la destoxicació d’aquestes espècies reactives, i eviten que la seva producció desemboqui en l’oxidació de macromolècules NADPH/NADP+, nicotinamin difosfat nucleòtid d’adenina reduït/oxidat; GSH/GSSH, glutatió reduït/oxidat.

Les cèl·lules i els teixits presenten un balanç redox estable si la producció de

ROS i la capacitat antioxidant es mantenen relativament constants i equilibrades.

No obstant això, l’alteració d’aquest balanç dóna lloc a una situació d’estrès

oxidatiu els efectes de la qual dependran de la seva intensitat, del tipus cel·lular i

dels mecanismes de protecció de què disposi la cèl·lula. Aquest estat més oxidatiu

podria tenir com a conseqüència el desenvolupament de diversos processos

patològics com el càncer, les malalties neurodegeneratives, l’aterosclerosi o els

desordres autoimmunitaris.

Modulació de l’estrès oxidatiu per la dieta

La restricció calòrica

La restricció calòrica (RC) és una intervenció dietètica que suposa una

reducció considerable de la ingesta d’aliment, però satisfent els requeriments

nutricionals mínims de proteïnes, aigua, minerals i vitamines. Els efectes

beneficiosos de la RC varen ser descrits per primera vegada en rosegadors a

principis dels anys trenta, quan es va demostrar que les rates sotmeses a RC

presentaven una esperança de vida major que les que havien estat alimentades ad

libitum. Entre els mecanismes proposats com a responsables dels efectes

beneficiosos de la RC figuren l’atenuació de l’estrès oxidatiu, la modulació dels

nivells circulants de glucosa i insulina i/o la modulació del metabolisme energètic.

L’envelliment és un procés en el qual es produeix, al llarg del temps, una

acumulació irreversible de dany cel·lular, la qual cosa determina finalment una

pèrdua de funcionalitat i adaptabilitat als canvis. Malgrat que els mecanismes

subjacents al procés d’envelliment romanen encara sense resoldre, la presència de

macromolècules oxidades en cèl·lules d’organismes vells dóna suport a la idea d’un

estrès oxidatiu elevat com un dels principals factors responsables del

deteriorament funcional que es produeix. Així, la teoria sobre l’envelliment de

Harman estableix que el procés degeneratiu que es produeix amb l’edat és, en

gran mesura, resultat del dany oxidatiu produït pels radicals lliures.

La RC atenua el deteriorament funcional associat a l’edat, ja que atenua

l’acumulació de dany oxidatiu.

El dejuni que representa una forma extrema de restricció d’aliment es

troba relacionat amb un increment del dany oxidatiu, tant resultat d’una major

producció mitocondrial de radicals lliures, com d’una protecció antioxidant

insuficient. S’ha plantejat que les petites dosis d’estrès oxidatiu infligides durant els

períodes de dejuni repetits induirien a un estat de resistència a l’estrès oxidatiu que

donaria com a resultat els efectes beneficiosos descrits per al dejuni intermitent i

possiblement també per a la RC.

Les dietes hipercalòriques

L’increment de la ingesta calòrica representa una situació de disponibilitat

elevada de substrats energètics que es troba directament relacionada amb el

desenvolupament d’obesitat. Com a conseqüència d’aquesta major disponibilitat de

substrats, l’obesitat es pot considerar una situació patològica inductora d’estrès

oxidatiu, en la qual es produeix un increment de la producció de ROS i una pèrdua

de defensa antioxidant, que dóna com a resultat un major grau de dany oxidatiu.

L’excessiva adipositat per se associada a l’obesitat representa també una altra font

important d’estrès oxidatiu. Els dipòsits corporals de greix són una font productora

de tota una sèrie de molècules bioactives, anomenades adipocines, que es troben

implicades en la regulació de diversos processos fisiològics com el control de la

ingesta, la regulació del balanç energètic, la resposta a la insulina, el metabolisme

glucídic i lipídic, la pressió sanguínia, la coagulació o l’angiogènesi (fig. 2). S’ha

descrit que l’acumulació de greix per se indueix a una secreció anormal

d’adipocines: s’incrementen els nivells circulants de les adipocines proinflamatòries

i proaterogèniques (leptina, PAI-1, TNFalfa, etc.), i es disminueixen els nivells

d’adiponectina, la qual millora la sensibilitat a la insulina, alhora que presenta

propietats cardioprotectores. A més a més, un cop alliberades, determinades

adipocines poden modular la producció de ROS al nivell de macròfags i monòcits i/o

l’activitat d’alguns enzims amb caràcter oxidant com per exemple la NADPH

oxidasa, l’òxid nítric sintasa induïble (iNOS) o la mieloperoxidasa.

Figura 2. Principals adipocines segregades pel teixit adipós i les seves funcions

més rellevants.

La paraoxonasa 1 i la protecció enfront de l’aterosclerosi i la malaltia

cardiosvascular

Fisiopatologia del procés ateroscleròtic

Els estudis duts a terme per conèixer els principals factors responsables del

desenvolupament d’aterosclerosi tenen en compte l’oxidació de les lipoproteïnes de

baixa densitat (LDL) com a principal factor promotor. Les LDL oxidades poden

actuar com a agents quimiotàctics sobreestimulant l’adherència de monòcits i

limfòcits T a la paret endotelial i la posterior migració d’aquests a l’espai

subendotelial, poden estimular la diferenciació dels monòcits en macròfags, els

quals posteriorment es transformen en cèl·lules escumoses com a conseqüència de

la captació d’aquestes lipoproteïnes, indueixen a la migració i proliferació de

cèl·lules musculars llises des de la capa intermèdia de l’endoteli cap a l’íntima.

L’acumulació progressiva de cèl·lules musculars llises i cèl·lules escumoses a la

paret arterial pot donar lloc a l’obstrucció del flux sanguini com a conseqüència de

la formació d’una capa fibrosa, la ruptura de la qual pot provocar la formació d’un

trombus i l’oclusió completa de l’artèria, i induir a una possible necrosi dels teixits,

que veuen restringida l’arribada d’oxigen.

Paper protector de les lipoproteïnes d’alta densitat en el desenvolupament

de l’aterosclerosi

Alguns estudis epidemiològics i clínics, com també amb animals d’experimentació,

han assenyalat que hi ha una relació inversa entre els nivells plasmàtics de

lipoproteïnes d’alta densitat (HDL) i el risc de desenvolupar patologies

cardiovasculars. Tradicionalment, aquest paper protector de les HDL ha estat

atribuït a la seva participació en el transport revers de colesterol. No obstant això,

s’ha descrit també que les HDL presenten un ampli espectre d’activitats

antiaterogèniques, com ara una potent capacitat antioxidant, antiinflamatòria,

antitrombòtica i antiapoptòtica. Així, s’ha descrit que les HDL actuarien com a

partícules antioxidants, protegint les LDL i les membranes cel·lulars de l’oxidació, i

atenuant l’activitat biològica de les LDL oxidades. Aquest potencial antioxidant de

les HDL s’atribueix principalment a la paraoxonasa 1 (PON1), la qual pot hidrolitzar

els fosfolípids oxidats presents a les LDL.

Característiques generals de la paraoxonasa 1

La PON1 és una glicoproteïna membre d’una família d’hidrolases que actuen

sobre un ampli espectre de substrats. La PON1 és sintetitzada pel fetge, i

posteriorment una part és alliberada a la circulació sanguínia, on es troba

específicament associada a les HDL.

Inicialment, la PON1 fou identificada en el marc de la toxicologia a causa de la

seva habilitat d’hidrolitzar composts organofosforats i diversos composts

xenobiòtics sintètics com alguns pesticides, per exemple el paraoxó i el diazinó, i

alguns gasos nerviosos, com el sarín i el soman; de fet, el nom paraoxonasa

reflecteix la capacitat de l’enzim d’hidrolitzar el paraoxó, un metabòlit tòxic

procedent de l’insecticida paratió. No obstant això, la PON1 presenta un ampli

espectre d’especificitat de substrats i, a més del paraoxó, pot hidrolitzar èsters

alifàtics insaturats i èsters carboxílics aromàtics (activitat arilesterasa), carbamats i

lactones.

L’interès científic per la PON1 s’incrementà quan es posà de manifest la seva

capacitat d’hidrolitzar els peròxids lipídics presents a les HDL. Es proposà així un

possible paper de la PON1 en la patogènesi de l’aterosclerosi i les malalties

cardiovasculars.

Tant els processos de síntesi hepàtica com els d’alliberament des del fetge a la

sang són factors determinants dels nivells circulants de la PON1. A més a més, i

com que les HDL representen el vehicle de la PON1 a la circulació sanguínia, la

concentració sèrica d’aquestes lipoproteïnes també representa un punt de regulació

important.

Figura 3. Alliberament i transferència de la PON1 des del fetge a la paret endotelial. La PON1 és alliberada del fetge mitjançant l’acció de les HDL i possiblement gràcies a la interacció d’aquestes lipoproteïnes amb el receptor SR-BI (1). Les HDL són el vehicle de la PON1 a la circulació (2), on l’enzim és capaç d’hidrolitzar els fosfolípids oxidats presents a les LDL circulants (3). A més a més, i gràcies a les HDL, la PON1 pot ser transportada fins a les zones de la paret endotelial on existeix dany vascular, de tal manera que pot exercir el seu efecte antioxidant sobre les LDL oxidades presents en aquestes regions (4). Figura adaptada de Deakin et al., 2002.

La localització de la PON1 a les HDL és de gran importància per a la seva activitat

enzimàtica in vivo, ja que aquestes lipoproteïnes satisfan els requeriments

estructurals de la PON1 i proporcionen un entorn òptim per a la interacció de

l’enzim amb els seus substrats fisiològics. Així, les HDL representen el millor

acceptor lipídic per a la PON1.

Distribució de la paraoxonasa 1 en les subpoblacions de HDL

Les HDL representen un grup molt heterogeni de partícules pel que fa a la

composició, la mida, la densitat i el contingut en apolipoproteïnes, i la PON1 no es

troba homogèniament distribuïda en la població de HDL. En funció del seu contingut

en apolipoproteïnes, les HDL es poden distribuir en dues famílies principals:

LpAI:AII, que conté les apolipoproteïnes A-I i A-II (apoA-I i apoA-II), i LpAI, que

conté tan sols l’apoA-I. L’apoA-I és la principal proteïna estructural de les HDL, ja

que té un paper crític pel que fa a l’estructura i la composició d’aquestes

lipoproteïnes. La PON1 es troba específicament associada a la família LpA-I,

aportant l’apoA-I estabilitat a la unió de la PON1 a les HDL.

Del conjunt de HDL LpAI, la PON1 es troba específicament associada a

aquelles HDL que també presenten l’apolipoproteïna J o clusterina (fig. 4). Encara

que la funció concreta de l’apoJ no està completament definida, s’ha descrit que és

capaç de reduir, per si mateixa, els efectes negatius de les LDL oxidades, la qual

cosa concorda perfectament amb el paper antioxidant de la PON1. Així, el contingut

sèric d’apoJ podria considerar-se com un marcador específic de la fracció de HDL

que transporta la PON1 per la sang. De fet, s’ha plantejat que la relació apoJ/PON1

podria considerar-se com a indicador de risc ateroscleròtic.

Figura 4. Localització de la PON1 a les HDL. La PON1 es

troba específicament associada a aquelles lipoproteïnes que

contenen tant apoA-I com apoJ.

Paper fisiològic de la paraoxonasa 1

Encara que el paper fisiològic de la PON1 in vivo no ha estat totalment definit,

en general es considera que la seva funció seria atenuar l’oxidació de les LDL.

Aquesta hipòtesi prové dels resultats obtinguts als primers estudis realitzats in

vitro, on es va demostrar que la PON1 era capaç d’inhibir l’acumulació de peròxids

lipídics a les LDL. Aquests estudis i d’altres varen permetre relacionar el paper

antioxidant de la PON1 amb la capacitat de les HDL de revertir els processos

proaterogènics induïts per les LDL oxidades, i es plantejà així que la funció

fisiològica de la PON1 podria ser prevenir el procés ateroscleròtic mitjançant la

reducció del contingut en fosfolípids biològicament actius de les LDL.

Tots aquests estudis apunten cap a un important paper de la PON1 en la

protecció enfront de l’aterosclerosi, fins al punt que l’activitat PON1 sèrica ha estat

inversament relacionada amb el risc de malaltia cardiovascular. S’ha observat que

la concentració de PON1 tendeix a ser menor en poblacions on existeix una

incidència elevada de malaltia cardiovascular, i la seva activitat es troba disminuïda

després d’un infart agut de miocardi. A més a més, altres malalties estretament

relacionades amb un risc major de desenvolupar aterosclerosis, com la diabetis

mellitus tipus 2 i la hipercolesterolèmia familiar, es troben també associades a una

menor activitat PON1.

Plantejament i objectiu de l’estudi

El treball realitzat per la doctora Elena Thomàs s’emmarca en una línia

d’investigació més àmplia centrada en l’estudi de les bases moleculars que

relacionen l’estrès oxidatiu i el procés aterogènic. Aquesta línia de recerca va néixer

de la participació del Grup de Metabolisme Energètic i Nutrició de la UIB en la Xarxa

Temàtica d’Investigació Cooperativa “Efectos de la dieta tipo mediterránea en la

prevención primaria de la enfermedad cardiovascular”, finançada per l’Instituto de

Salud Carlos III del Ministeri de Sanitat i Consum del Govern espanyol (G03/140,

període 2003-2005). La hipòtesi de treball d’aquesta xarxa temàtica fou que la

intervenció dietètica personalitzada amb una dieta tipus mediterrània reduiria

significativament la incidència de malalties cardiovasculars en una sèrie aleatòria de

pacients asimptomàtics amb risc elevat de malaltia cardiovascular. La intervenció

dietètica es va completar amb la inclusió diària en la dieta de nous o d’oli d’oliva,

aliments representatius de la dieta mediterrània.

Concretament, el subprojecte del qual era responsable el grup d’investigació

pretenia analitzar si els efectes beneficiosos de la dieta mediterrània sobre el risc

cardiovascular es trobaven modulats pel genotip dels pacients per a gens candidats

relacionats amb la malaltia cardiovascular. Entre aquests gens destacava la

paraoxonasa 1 (PON1) per la seva funció en l’eliminació dels peròxids lipídics

presents a les lipoproteïnes de baixa i alta densitat (LDL i HDL, respectivament) i,

en conseqüència, pel seu important paper en la protecció enfront de l’aterosclerosi.

Per tal de caracteritzar la resposta a modificacions del balanç oxidatiu de

l’activitat PON1 sèrica i dels factors directament implicats en la seva funcionalitat i

estabilitat, els estudis es varen estendre a models animals que permetrien una

major flexibilitat metodològica. Així, l’objectiu principal de la tesi doctoral ha estat

l’estudi de la resposta antioxidant de la PON1 sèrica i dels factors que la modulen

en diferents models experimentals in vivo caracteritzats perquè presentaven

alteracions en el balanç oxidatiu com a conseqüència de manipulacions dietètiques,

i s’ha avaluat, a més a més, la influència del gènere i l’edat en la resposta de la

PON1.

Resultats

Els resultats obtinguts per la doctora Elena Thomàs posen de manifest que

l’activitat PON1 sèrica de rata es troba afectada per variacions de l’entorn oxidatiu

induïdes per modificacions de la dieta. La resposta de l’activitat PON1 sèrica s’ha

analitzat enfront a la RC i al consum d’una dieta hiperlipídica comercial amb un

contingut semblant de SFA i MUFA, ambdues situacions, relacionades amb un

descens del risc oxidatiu. Com a situacions representatives d’un major risc oxidatiu,

la doctora Thomàs també ha analitzat la resposta de l’activitat PON1 al dejuni i a la

sobrealimentació amb dieta de cafeteria, la qual està composta d’aliments presents

a la dieta humana i és una dieta inductora d’hiperfàgia voluntària i obesitat. A més

a més, i com a situació que també es relaciona amb canvis de l’entorn oxidatiu, ha

analitzat les variacions en l’activitat PON1 sèrica que es produeixen en resposta a

l’envelliment. Les modificacions de l’activitat PON1 observades presenten un

dimorfisme sexual marcat que afecta no tan sols el sentit dels canvis, sinó també la

identitat dels factors implicats en aquests, que són fonamentalment els nivells

circulants de la PON1 i de les apolipoproteïnes que li confereixen estabilitat.

En resposta a la RC situació que comporta una reducció del risc oxidatiu en

disminuir-se la ingesta de l’animal l’activitat PON1 sèrica de rata es troba reduïda

independentment de l’edat dels animals. La menor necessitat de protegir les LDL de

l’oxidació justificaria aquesta menor activitat PON1 i reflectiria una adaptació

progressiva de l’organisme a una situació de menor risc oxidatiu; es permetria així

reduir la despesa energètica enfront de la limitada disponibilitat d’aliment.

Una resposta semblant de l’activitat PON1 sèrica s’observa en una situació que

es considera oposada a la RC, com és la ingesta d’una dieta hiperlipídica. No

obstant això, l’efecte saciant produït per la dieta hiperlipídica utilitzada redueix la

ingesta calòrica dels animals i contribueix a generar un ambient menys oxidatiu que

l’esperat. A més a més, l’elevat contingut en MUFA i vitamina E d’aquesta dieta

determinaria una menor susceptibilitat de les LDL a l’oxidació i, consegüentment,

una menor necessitat de mantenir una activitat PON1 elevada.

L’activitat PON1 sèrica s’incrementa en situacions associades a un major risc

oxidatiu com ara el dejuni i l’envelliment. El dejuni representa una forma extrema

de restricció d’aliment i es troba relacionat amb un increment agut del dany

oxidatiu, mentre que l’envelliment és un procés en el qual es produeix, al llarg del

temps, una acumulació de dany oxidatiu a les cèl·lules, la qual cosa determina

finalment una pèrdua de funcionalitat i adaptabilitat als canvis. En ambdues

situacions es produeix un increment de l’activitat PON1 sèrica, la qual cosa

representaria l’activació d’un mecanisme de defensa destinat a fer front al major

estrès oxidatiu per atenuar el grau de peroxidació lipídica observat en aquestes

situacions.

A diferència del que ocorre amb l’envelliment i el dejuni, el major estrès

oxidatiu associat a la sobrealimentació amb dieta de cafeteria, tal com indiquen els

majors nivells circulants i hepàtics de peròxids lipídics i el descens de les activitats

dels enzims antioxidants al fetge, provoca un descens de l’activitat PON1 sèrica.

Tenint en compte que la protecció de les LDL enfront de l’oxidació per la PON1

implica una oxidació parcial de l’enzim amb la inactivació consegüent, els resultats

obtinguts suggeririen que el descens d’activitat PON1 sèrica en els animals

alimentats amb dieta de cafeteria és conseqüència de la interacció de l’enzim amb

els fosfolípids oxidats presents a les LDL, la qual cosa en determinaria la

inactivació.

Tant l’envelliment com el dejuni són situacions fisiològiques que es produeixen

de manera natural en la vida de l’animal, de manera que aquest estaria

fisiològicament preparat per fer front a aquestes situacions amb una resposta més

efectiva. Així, aquesta capacitat adaptativa permetria l’activació d’un mecanisme

antioxidant destinat a fer front al major estrès oxidatiu. En conseqüència, no seria

descartable que el comportament diferent que mostra l’activitat PON1 en resposta

al consum de la dieta de cafeteria, en comparació amb el que mostra en el dejuni i

l’envelliment, reflectís una menor capacitat d’adaptació a una situació de

sobrealimentació continuada, fet que no ocorre de manera natural en la vida de

l’animal, i que donaria com a resultat una inactivació de l’enzim com a

conseqüència d’un increment de l’estrès oxidatiu associat, tal com es dedueix de la

pèrdua de capacitat antioxidant i del perfil d’adipocines circulant.

És cert que el paper fisiològic de la PON1 no es troba totalment definit, encara

que al llarg de la darrera dècada se li ha atorgat un important paper en la protecció

de les LDL enfront de l’oxidació i, per tant, en la protecció de l’endoteli enfront de

l’activació de respostes inflamatòries i el desenvolupament d’aterosclerosi. Els

resultats presentats en aquesta tesi evidencien que la PON1 és un dels mecanismes

que formen part de la resposta antioxidant activada en situacions fisiològiques

d’elevat risc oxidatiu com l’envelliment i el dejuni. Precisament, l’activació de la

resposta antioxidant de la PON1 observada durant el dejuni suggereix que la

modulació de la seva activitat podria formar part dels mecanismes activats per

períodes puntuals de dejuni que, segons s’ha proposat, en repetir-se

periòdicament, suposarien un estímul de les defenses antioxidants de l’organisme i

permetrien assolir una major resistència a l’estrès. Aquest seria el mecanisme

mitjançant el qual la RC, durant la qual es produeixen períodes puntuals de dejuni,

exerciria els seus efectes beneficiosos enfront de l’estrès oxidatiu. Així, el descens

d’activitat PON1 observat amb la RC podria ser reflex d’una adaptació progressiva

de l’organisme no tan sols a una situació de menor risc oxidatiu, sinó també a una

situació de major resistència a l’estrès.

L’activitat PON1 sèrica es troba condicionada tant per la seva síntesi hepàtica

com pel seu alliberament del fetge a la sang, procés en el qual s’ha descrit la

possible participació del receptor SR-BI hepàtic. Les HDL són el vehicle de la PON1

a la circulació, de tal manera que l’activitat circulant de l’enzim es troba també

condicionada per l’estabilitat d’unió de la PON1 a les HDL en la qual l’apoA-I és de

gran importància. L’activitat PON1 depèn també dels nivells circulants de la

subpoblació de HDL responsable del transport de l’enzim, subpoblació de la qual

l’apoJ es pot considerar marcador específic. L’estudi dels factors directament

implicats en la modulació de l’activitat PON1 sèrica posen de manifest que els

canvis d’activitat observats en resposta a les diferents modificacions dietètiques

utilitzades no impliquen, de manera general, variacions al nivell transcripcional ni

alteracions del mecanisme pel qual el SR-BI hepàtic intervindria en la secreció de la

PON1 a la circulació. Tan sols en resposta al consum de la dieta hiperlipídica

s’observen diferències en els nivells hepàtics de l’ARN missatger de la PON1. Tenint

en compte la influència que alguns components de la dieta, entre els quals els àcids

grassos i les vitamines, poden exercir sobre l’expressió gènica, aquests resultats

podrien estar relacionats amb una hipotètica modulació al nivell transcripcional

exercida directament o indirectament pels MUFA i/o la vitamina E, que també es

troba present en aquesta dieta.

Com a pauta general, les variacions d’activitat PON1 sèrica observades es

troben relacionades amb alteracions al nivell de la interacció de l’enzim amb les

HDL (nivells d’apoA-I), amb variacions dels nivells circulants de la subpoblació de

HDL responsable del transport de la PON1 a la sang (nivells d’apoJ) o amb la

modulació directa de l’activitat de l’enzim. Així, la menor activitat PON1 sèrica

observada en rates joves sotmeses a RC i en femelles alimentades amb la dieta

hiperlipídica o amb la dieta de cafeteria, es justificaria per una pèrdua d’estabilitat

de la unió de la PON1 a les HDL com a conseqüència d’una reducció dels nivells

circulants d’apoA-I. Les variacions d’activitat PON1 observades en rates joves en

resposta a la RC i a l’envelliment són resultat també d’una redistribució de les

subpoblacions de HDL, tal com indiquen les variacions en els nivells circulants

d’apoJ, que en el primer cas estaria destinada a disminuir el nombre de molècules

circulants de l’enzim, i en el segon, a incrementar-lo.

Una modulació directa de l’activitat enzimàtica de la PON1 es fa palesa en la

resposta de l’enzim a la RC en animals vells, com també amb el dejuni i la

sobrealimentació amb dieta de cafeteria. Així, en animals vells, la RC no implica, a

diferència del que ocorre en rates joves, variacions en l’estabilitat de la unió de la

PON1 a les HDL ni en els nivells circulants de les subpoblacions d’aquestes

lipoproteïnes, sinó que el descens d’activitat seria més aviat conseqüència de l’acció

d’altres factors subjacents a la RC que podrien actuar directament al nivell de

l’activitat de l’enzim. En aquest sentit, l’alteració de la capacitat de resposta dels

animals amb l’edat podria condicionar el tipus de mecanisme que condueix a reduir

l’activitat PON1 sèrica en resposta a la RC. La inactivació de l’enzim per oxidació és

un mecanisme regulador que podria actuar en la sobrealimentació amb dieta de

cafeteria i en el dejuni quan aquest es perllongàs més enllà de dotze hores.

Ambdues situacions es caracteritzen per un increment de l’estrès oxidatiu i per una

pèrdua de capacitat antioxidant, tal com reflecteix l’increment de les relacions entre

els peròxids lipídics i l’activitat PON1.

Un clar dimorfisme sexual i un estat de major resistència a l’estrès oxidatiu

en femelles

L’estudi de l’activitat PON1 sèrica i dels factors directament implicats en la seva

modulació ha permès establir l’existència d’un clar dimorfisme sexual pel que fa

tant a l’activitat enzimàtica com als mecanismes responsables de la seva resposta a

les diferents situacions experimentals estudiades. Les diferències de gènere es

posen ja de manifest en condicions normals d’alimentació, en les quals les femelles,

com a resultat d'una major estabilitat de la unió de la PON1 a les HDL i/o de majors

nivells circulants de la subpoblació de HDL que la transporta, presenten una major

activitat PON1 sèrica en comparació amb els mascles. Aquestes diferències de

gènere en l’activitat PON1 sèrica confereixen a les femelles un estat de major

resistència a l’estrès oxidatiu. No obstant això, en resposta a l’envelliment, i

possiblement a causa del descens dels nivells d’hormones sexuals associat a l’edat,

aquestes diferències de gènere s’inverteixen, i les femelles perden el seu estat més

avantatjós. Aquests canvis estarien d’acord amb l’atenuació de les diferències de

gènere en el risc ateroscleròtic que s’han descrit en els humans amb l’envelliment.

En resposta a la RC, les rates joves també mostren diferències associades al

gènere que no s’observen en edats més avançades. Així, les femelles joves mostren

un major descens d’activitat PON1 sèrica amb la RC que els mascles joves, la qual

cosa podria estar relacionada amb la necessitat de les femelles de promoure la seva

supervivència i la de l’espècie, assegurant l’estalvi d’energia en una situació de

menor risc oxidatiu en què la disponibilitat d’aliment es troba reduïda. El descens

dels nivells d’hormones sexuals femenines lligat a l’edat, que equipara els factors

de risc ateroscleròtic entre els dos gèneres i determina la pèrdua de la capacitat

reproductiva en les femelles, podria justificar la pèrdua de les diferències de gènere

en la resposta de la PON1 a la RC en rates velles, que en aquesta etapa de

senescència ja no tindrien com a objectiu primordial assegurar la supervivència de

l’espècie.

El dimorfisme sexual en la resposta de la PON1 es fa també palès en la

sobrealimentació amb dieta de cafeteria. En aquesta situació, el descens d’activitat

PON1 sèrica es produeix tan sols en les femelles. El major excés de pes i el

consegüent estat inflamatori més accentuat, que suggereixen els majors nivells

circulants d’adipocines proinflamatòries i peròxids lipídics, de les femelles podrien

justificar aquestes diferències de gènere en la resposta de la PON1.

Els mecanismes responsables del descens d’activitat PON1 en resposta al

consum d’una dieta hiperlipídica són també diferents entre mascles i femelles,

conseqüència d’una menor activitat transcripcional del gen de la PON1 al fetge en

els mascles, i d’una pèrdua d’estabilitat de l’associació de la PON1 a les HDL i/o

d’un descens del nombre de partícules de HDL que la transporten en les femelles.

En conjunt, els resultats presentats en aquesta tesi indiquen que l’activitat

PON1 sèrica de rata es troba modulada, depenent del gènere, en resposta a

alteracions de l’estrès oxidatiu produïdes per modificacions de la dieta. Aquesta

modulació no implica, en la majoria dels casos, alteracions al nivell transcripcional,

com tampoc al nivell del mecanisme de secreció de la PON1, sinó que es troba

determinada principalment per alteracions en l’estabilitat de l’associació de la PON1

a les HDL, per variacions dels nivells circulants de la subpoblació de HDL

responsable del transport de la PON1 o per modificacions de l’activitat enzimàtica.

Des d’un punt de vista fisiològic, en situacions de baix risc oxidatiu la menor

activitat PON1 respon a la menor necessitat de protecció de les LDL. Per contra,

situacions fisiològiques associades a un major risc oxidatiu determinen l’activació de

la resposta antioxidant de la PON1 com a mecanisme d’adaptació. No obstant això,

en situacions d’estrès oxidatiu elevat en les quals la capacitat adaptativa de

l’organisme es veu superada, es produeix la inactivació de l’enzim, i el resultat és

una pèrdua de capacitat antioxidant i un increment del dany oxidatiu.

Referència de la tesi

Títol: Efecte de l’estrès oxidatiu associat a la dieta sobre l’activitat paraoxonasa 1

sèrica de rata i els factors que la modulen.

Autora: Elena Thomàs Moyà. Departament de Biologia Fonamental i Ciències de la Salut. Directores: doctora Ana María Proenza Arenas i doctora Isabel Lladó Sampol

Data de lectura: 1 de desembre de 2006

Membres del tribunal

President Doctor Fèlix Grases Freixedas. Departament de Química. UIB. Vocals Doctor Francesc Xavier Remesar Betlloch. Departament de Nutrició i Bromatologia. Universitat de Barcelona.

Doctor Ramon Estruch Riba. Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer. Servei de Medicina Interna. Hospital Clínic de Barcelona. Doctor Jordi Camps Andreu. Institut de Recerca en Ciències de la Salut. Hospital Universitari de Sant Joan. Universitat Rovira i Virgili. Secretària Doctora Pilar Roca Salom. Departament de Biologia Fonamental i Ciències de la Salut. UIB.

Qualificació

Excel·lent cum laude

Articles derivats de la tesi

Effects of caloric restriction and gender on rat serum paraoxonase 1

activity, Thomàs-Moyà E., Gianotti M., Lladó I., Proenza A.M., Journal of

Nutritional Biochemistry, 17 (3):197-203, 2006.

Time-dependent modulation of rat serum paraoxonase 1 activity by

fasting, Thomàs-Moyà E., Nadal-Casellas A.,Gianotti M., Lladó I., Proenza A.M..

Pflugers Arch. 2006 Dec 5. Epub ahead of print.

The age-related paraoxonase 1 response is altered by long-term caloric

restriction in male and female rats. Thomàs-Moyà E., Gianotti M., Proenza A.M.,

Lladó I., Journal of Lipid Research, 47: 2042-2048; 2006.

Gender related differences in the paraoxonase 1 response to the oxidative

stress induced by the cafeteria-diet feeding. Thomàs-Moyà E., Gómez-Pérez

Y., Gianotti M., Lladó I., Proenza A.M. Manuscrit.

Gender-dimorphism in the factors involved in the paraoxonase 1 response

to a high-fat diet. Thomàs-Moyà E., Gianotti M., Proenza A.M., Lladó I. Molecular

Medicine. En premsa.