Zonulina
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La zonulina es una proteína que modula la permeabilidad de las uniones estrechas entre las células de la pared del tubo digestivo. Se trata de la molécula precursora de haptoglobina 2 (Pre-HP2), por lo que los dos términos se pueden utilizar indistintamente. Representa un biomarcador de varias condiciones patológicas, incluyendo enfermedades autoinmunes, cáncer y enfermedades del sistema nervioso.[1] Fue descubierta en el año 2000 por Alessio Fasano y su equipo de la Escuela de Medicina de la Universidad de Maryland.[2]
Esta proteína ha sido identificada como una precursora de la haptoglobina, motivo por el cual comparten una estructura secundaria muy semejante. Aun así, la haptoglobina, en su fase más madura, tiene una función bien diferenciada de la llevada a cabo por la zonulina.[3]
La zonulina está involucrada en la inmunidad innata intestinal y sobreexpresada en varias enfermedades autoinmunes, incluyendo la enfermedad celíaca y la diabetes tipo 1, en las que la disfunción de las uniones estrechas intercelulares intestinales parece ser el defecto primario.[1]
La función principal de la zonulina es regular el flujo de moléculas entre el intestino y el torrente sanguíneo, por lo que tiene un papel fundamental en el balance tolerancia/respuesta inmune.[1] Actúa aflojando las uniones estrechas intercelulares para permitir el paso de los nutrientes y bloquear el paso de las macromoléculas, tales como fragmentos de nutrientes incompletamente digeridos y microorganismos presentes en el intestino.[4]
Cuando hay una sobreproducción de zonulina, se abren las uniones estrechas de la pared intestinal (aumenta la permeabilidad intestinal), el intestino pierde su capacidad de barrera protectora y pasan al torrente sanguíneo macromoléculas que no deberían pasar, lo que puede ocasionar (tanto en el intestino como en otros órganos) reacciones autoinmunes, inflamatorias y cáncer, así como infecciones y alergias.[1]
Los dos factores más potentes que provocan la liberación de zonulina, con el consiguiente aumento de la permeabilidad intestinal a macromoléculas, son ciertas bacterias intestinales y el gluten del trigo y cereales homólogos. La gliadina (glicoproteína que forma parte del gluten) activa la señalización de zonulina independientemente de la predisposición genética, es decir, tanto en celíacos como en no celíacos.[1][5]
A raíz de su descubrimiento, nuevas vías de investigación han sido establecidas, con un objetivo conjunto: mejoras en los tratamientos de las enfermedades en las que la zonulina tiene un papel principal.
El Dr. Alessi Fasano reputado gastroenterólogo pediátrico, investigador y empresario, fundador del Centro de Investigación Celíaca en la Universidad de Maryland, (Maryland University Center for Celiac Research ) descubrió la zonulina de forma totalmente inesperada durante la investigación y creación de una vacuna contra el cólera mediante la eliminación de una potente toxina llamada “cholera toxin” causante de grandes diarreas.
En un principio la vacuna resultó efectiva en su ensayo en animales, pero en el momento de la evaluación en humanos los resultados no fueron los previstos. La vacuna lograba bajar los niveles de diarrea, de unos 20 litros en los sujetos infectados con la toxina original, a unos 4 litros de diarrea residual.
Debido a estos resultados, el Dr. Fasano decidió investigar cuál era la causa de esta diarrea residual y la razón por la cual sólo aparecía en los sujetos humanos. Descubrieron una toxina con un mecanismo especialmente complejo.[6]
Basándose en los descubrimientos hechos por un grupo de investigadores japoneses a mediados de los 80, los cuales pusieron de manifiesto que el espacio intracelular no está cementado, es decir, presentaban este espacio como compuertas denominadas zonula ocluyen, TJ por sus siglas en inglés, que, generalmente, se mantenían cerradas aunque existía la posibilidad de abrirlas. el Dr. Fasano y su equipo concluyeron que esta toxina, tras la cual se esconde un complicado mecanismo de señalización, era la responsable de la apertura de ese espacio intercelular, de las denominadas tight junctions. Esto lo hacía mediante la producción de una molécula, la zonulina.[7]
Gen
La zonulina se ha identificado como una proteína precursora de la haptoglobina, por esta razón, comparte con esta el gen codificante (HP) el cual está localizado en el cromosoma 16[1] Este gen presenta un polimorfismo (únicamente presente en humanos) generador de dos posibles alelos: HP1 y HP2 (siendo la masa de HP2 superior en 2 kb de HP1) los cuales, en consecuencia, generan tres posibles fenotipos: HP11, HP12 y HP22.[8]
Estructura
Estructura primaria
La estructura primaria de la zonulina está compuesta por los siguientes residuos:[9]
RILGGHLDAKGSFPWQAKMVSHHNLTTGATLINEQWLLTTAKNLFLNHSENATAKDIAPTLTL
YVGKKQLVEIEKVVLHPNYSQVDIGLIKLKQKVSVNERVMPICLPSKDYAEVGRVGYVSGWGR
NANFKFTDHLKYVMLPVADQDQCIRHYEGSTVPEKKTPKSPVGVQPILNEHTFCAGMSKYQED
TCYGDAGSAFAVHDLEEDTWYATGILSFDKSCAVAEYGVYVKVTSIQDWV
Este es el resultado de una serie de procesos de proteolización (dimerización) que se llevan a cabo en el retículo endoplasmático (gracias al complemento Cr1LP,[3] una serina proteasa)[6] y que generan una unidad proteica de entorno unos 47 kDa.[3]
Estructura secundaria
Respecto a la estructura secundaria, encontramos dos tipos de estructura fundamentalmente:
- Cadena beta: está presente en los tres fenotipos. Está relacionada con la activación del sistema de complemento gracias a la presencia del dominio CPP[1] y con una masa aproximada de 36 kDa.[3]
- Hélice alfa: La función de esta está relacionada con una acción proteasa de serinas (una función semejante a la de las quimiotripsinas con las cuales presenta un enlace evolutivo: ambas están presentes en el cromosoma 16 y divergen estructuralmente en pocos residuos) gracias a la presencia de un SP domain.[1][3]
Estructura terciaria
A pesar de que la estructura secundaria de HP2 y zonulina son muy semejantes, la estructura terciaria de dichas proteínas es diferente[3] de aquí que tengan funciones diferentes: por una parte la haptaglobina madura se encarga de prevenir la oxidación excesiva de los tejidos por medio de la formación del complejo HP-Hb mientras que la zonulina se encarga fundamentalmente de preservar la integridad de las tight junctions.[1]
Por otra parte, recientes estudios revelan que la forma no procesada (una hebra proteica simple) de la zonulina lleva a cabo otro tipo de función: la activación de factores de crecimiento (EGFR en concreto) provocando así una serie de reacciones, dependientes de PAR2,[3] que finalizan con la ruptura de las tight junctions.[6]
Funciones
El epitelio intestinal, con sus uniones estrechas, está considerado como una de las barreras que controla la entrada de macromoléculas al organismo. El tráfico macromolecular está regulado principalmente por la permeabilidad intestinal, regulada a su vez por la modulación de las uniones estrechas por parte de la zonulina. La zonulina es el único modulador fisiológico conocido hasta la fecha de las uniones estrechas que está implicado en este tráfico de macromoléculas y, por lo tanto, en el equilibrio entre la tolerancia y la respuesta inmune frente a antígenos externos.[1]
Se aproxima que los espacios paracelulares tienen una medida de entre 10 y 15 Å y, por tanto, que los solutos con un radio molecular mayor que 15 Å (≈ 3.5 kDa) se excluyen normalmente de esta vía de absorción. Sin embargo, si hay sobreexpresión de zonulina en individuos susceptibles genéticamente, la permeabilidad intestinal se altera, y el flujo excesivo de antígenos externos en la submucosa intestinal puede llevar a trastornos intestinales y extraintestinales de tipo autoinmune, inflamatorio y neoplásico.[3] A día de hoy, se sabe que la zonulina está sobreexpresada en algunos trastornos autoinmunes como la enfermedad celíaca y la diabetes tipo 1.
La toxina zonula occludens (Zot) es una enterotoxina producida por una bacteria gram negativa (Vibrio cholerae). Se descubrió que esta toxina abre, de forma reversible, las uniones estrechas regulando así la vía paracelular en el epitelio del intestino. El descubrimiento de esta toxina llevó al hallazgo de su homólogo en las células eucariotas: la zonulina. Entre las muchas funciones en las que se creen que está involucrada la zonulina se incluye, aparte de la regulación de los movimientos de fluidos, macromoléculas, y leucocitos entre el torrente sanguíneo y el lumen intestinal y viceversa, la protección contra la colonización de microorganismos del intestino proximal (inmunidad innata).[10]
Señalización
Aunque no se conoce perfectamente este mecanismo, la señalización intracelular de la zonulina que se cree que abre las uniones estrechas del intestino, descrita por el Dr. Alessio Fasano, es la siguiente:
La zonulina es reconocida por un receptor de membrana específico que se encuentra en las paredes del intestino. La proteína activa la fosfolipasa C, que hidroliza el fosfatidilinositol para que se libere inositol 1,4,5-trifosfato y diacilglicerol (DAG). Se activa entonces la PKCα (proteína quinasa C α) mediante el DAG o mediante la liberación de calcio (Ca2+) intracelular. La activación de la PKCα cataliza la fosforilación de unas proteínas diana con la posterior polimerización de una actina-G a actina-F. Esta polimerización causa la reordenación de filamentos de actina y el subsiguiente desplazamiento de proteínas del complejo de unión estrecha. A consecuencia, las uniones estrechas del intestino se vuelven menos ajustadas. Cuando se detiene la señalización de la zonulina, las uniones estrechas vuelven a su conformación habitual.[7]
Detección y medida
La detección de la zonulina se puede realizar a través de lo que se conoce como técnica ELISA (ensayo de microabsorción ligado a enzimas). Al extraer una muestra, se analiza la concentración de zonulina (muy variable, pero suele encontrarse dentro de un rango de entre 0.625 ng/ml y 40 ng/ml) mediante interacciones antígeno-anticuerpo y un sistema de colorimetría que detecta dianas antigénicas de zonulina.
Las muestras de zonulina se pueden extraer a partir de muestras de tejidos homogeneizados o secreciones tales como suero, plasma, etc.
De nuevo, los valores de zonulina pueden ser un buen indicador para detectar posibles patologías, pues se ha estandarizado la concentración de zonulina tanto en hombres como mujeres de todas las edades en valores inferiores a 45 ng/ml. De superarse esta concentración, sería conveniente buscar las posibles causas.[11]
