Fronteras | Cadena ligera de miosina quinasa: Una diana potencial para el tratamiento de enfermedades inflamatorias | Farmacología

En los mamíferos, la miosina cadena ligera quinasa (MLCK) está codificada por los genes mylk1 y mylk2 (Herring et al., 2006). mylk2 codifica una isoforma de MLCK que se expresa exclusivamente en las células musculares esqueléticas (Herring et al., 2006; Wang L. et al., 2016). Debido a la falta de datos sobre los productos de codificación del gen mylk2, hablamos principalmente de los productos del gen mylk1, que incluyen la MLCK de cadena larga (220 kDa), la MLCK de cadena corta (130 kDa) y la proteína carboxi-terminal no catalítica (17 kDa), la telokina (Chen et al, 2013; Chen C. et al., 2014; An et al., 2015). Los productos codificantes del gen mylk1 se expresan en diversos tipos de células y tejidos, incluidos los músculos, las plaquetas y las células secretoras y cerebrales (Jin et al., 2002). Numerosas actividades celulares, como la contracción, la adhesión, la migración celular y la formación de la barrera epitelial, se producen de forma dependiente o independiente de la fosforilación de la cadena ligera reguladora de la miosina (MLC) (Chen et al., 2013; Chen C. et al., 2014; Kim y Helfman, 2016). Se ha observado una expresión anormal de MLCK en muchas enfermedades inflamatorias, como la pancreatitis (Shi et al., 2014), las enfermedades respiratorias (Zhou et al., 2015), las enfermedades cardiovasculares (Cheng et al., 2015), el cáncer (Zhou et al., 2014) y la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) (Yi et al., 2014). Se discute la implicación de la MLCK y la vía de señalización de la MLCK que subyace en enfermedades inflamatorias representativas. Algunas enfermedades en las que está implicada la MLCK se enumeran en la Tabla 1.

Tabla 1

Tabla 1. Papel de la cadena ligera de miosina quinasa (MLCK) en enfermedades seleccionadas.

MLCK en enfermedades respiratorias, aterosclerosis y pancreatitis

En los trastornos pulmonares inflamatorios, el daño a la integridad de la barrera de las células endoteliales pulmonares altera la permeabilidad vascular, y a menudo se produce una inundación alveolar (Mao et al., 2015). La expresión anormal de la MLCK se produce en la lesión pulmonar, y el inhibidor de la MLCK ML-7 o la supresión del gen de la MLCK pueden atenuar la lesión pulmonar (Wang T. et al., 2016). La MLCK tiene una actividad similar en el asma y en la inflamación pulmonar, y la variación del gen MYLK está fuertemente asociada con la lesión pulmonar aguda y la susceptibilidad al asma (Wang et al., 2014, 2015; Wang T. et al., 2016).

La disfunción de la barrera endotelial inducida por la MLCK también está implicada en la pancreatitis y la aterosclerosis (Cheng et al., 2015; Wang et al., 2014; Wang T. et al., 2016). La pancreatitis aguda grave se asocia a una elevada morbilidad y mortalidad. Su patogénesis no se entiende completamente (Zerem, 2014), pero la expresión de MLCK está significativamente aumentada en modelos de rata de pancreatitis aguda (Shi et al., 2014), y se ha demostrado que la elevación del factor de necrosis tumoral (TNF)-α en la pancreatitis aguda grave media la regulación del citoesqueleto dependiente de MLCK, lo que lleva a la destrucción de la función de barrera endotelial (Shi et al., 2014; Yu et al., 2016). El inicio y el desarrollo de la aterosclerosis suelen conducir a una lesión vascular progresiva, que va acompañada de una disfunción endotelial (Phinikaridou et al., 2015). La implicación de la MLCK en la historia natural de la aterosclerosis se ha confirmado al aliviar la lesión vascular y la aterosclerosis mediante ML-7, un inhibidor de la MLCK (Cheng et al, 2015).

MLCK en el desarrollo del cáncer

Se ha observado una expresión anormal de MLCK en líneas celulares de cáncer de páncreas, pulmón y próstata (Tohtong et al., 2003; Nagaraj et al., 2010; Chen et al., 2011). Los cambios rápidos y dinámicos del citoesqueleto son necesarios para la invasión y la metástasis de las células cancerosas. La fosforilación de la miosina II del citoesqueleto dependiente de la MLCK aumenta el potencial metastásico de las células tumorales, y el reordenamiento del citoesqueleto dependiente de la MLCK modula las funciones de la barrera endotelial vascular asociadas a la angiogénesis, que es un paso crítico en el desarrollo del cáncer (Dudek y García, 2001). Por otra parte, el potencial metastásico de las células de cáncer de mama aumenta con la pérdida de MLCK (Kim y Helfman, 2016). Los cambios en la migración y la adhesión celular también son pasos tempranos característicos de la inflamación, pero hay pocos informes sobre la regulación de la MLCK en la migración de las células inflamatorias.

MCLK en la EII

La enfermedad inflamatoria intestinal, que incluye la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn, se caracteriza por una inflamación gastrointestinal crónica, y se asocia con un importante deterioro de los pacientes y con altos costes de tratamiento (Rai et al., 2015). Aunque la patogénesis de la EII sigue siendo oscura, hay pruebas de que la disfunción de la barrera intestinal es el principal motor (Hindryckx y Laukens, 2012; Pastorelli et al., 2015). La disfunción de las uniones estrechas provoca daños en la barrera intestinal, que permite el paso de diversos patógenos (Jin y Blikslager, 2016). Las uniones estrechas están formadas por proteínas transmembrana, como las ocludinas y las claudinas, y por proteínas de la membrana periférica, es decir, las proteínas zonula occludens (Van Itallie y Anderson, 2014). Las uniones estrechas se encuentran en la región apicolateral de las células endoteliales y están unidas a un anillo de actomiosina perijuncional. La fosforilación de la actomiosina perijuncional inducida por la MLCK media la pérdida de las uniones estrechas, lo que puede desencadenar el inicio y el desarrollo de la EII. La expresión y la actividad de la MLCK están aumentadas en la EII humana y se asocian a la evidencia histológica de la actividad de la enfermedad (Blair et al., 2006). También se ha observado una elevación anormal de la MLCK en la colitis experimental inducida por la administración por sonda de dextrano sulfato sódico o la administración intracolónica de ácido trinitrobencenosulfónico (Su et al., 2013; Xiong et al., 2016).

Activación de la MLCK en la EII

El TNF-α es una citoquina proinflamatoria que causa la disfunción de la barrera de unión hermética intestinal, que es fundamental para la patogénesis de la EII (Saleh et al., 2016). En la EII, la señalización mediada por el receptor 2 (R2) del TNF contribuye a aumentar la expresión de MLCK epitelial (Su et al., 2013; Suzuki et al., 2014). En un informe reciente de Al-Sadi et al. (2013), la permeabilidad de la unión hermética de las monocapas de células Caco-2, en un modelo in vitro de epitelio intestinal, aumentó por la activación del TNF-α de la vía de señalización ERK1/2. La activación de la vía ERK1/2 indujo la fosforilación del factor de transcripción Elk-1 que contiene el dominio ETS. Elk-1 activado se trasladó entonces al núcleo y se unió al promotor de la MLCK, dando lugar finalmente a la expresión de la MLCK epitelial. LIGHT (proteína inducible similar a la linfotoxina que compite con la glicoproteína D para la entrada del virus del herpes en las células T) es un miembro de la familia del TNF que está implicado en la patogénesis de la EII humana (Krause et al., 2014), y en epitelios cultivados, la inhibición de la MLCK alivió la pérdida de la barrera inducida por la LUZ, lo que sugirió que la pérdida de la barrera epitelial inducida por la LUZ puede depender de la activación de la MLCK (Schwarz et al., 2007).

El aumento de la permeabilidad de la unión estrecha a través de los aumentos de la expresión de la MLCK mediados por la IL-1β se ha demostrado en las enfermedades inflamatorias (Beard et al., 2014). En la migración de células madre mesenquimales, se demostró que la IL-1β provoca un aumento de la expresión de MLCK epitelial a través de la activación de la vía PKCd/NF-κB; también estimuló la actividad de MLCK a través de la vía de señalización PKCa/MEK/ERK (Lin et al, 2014).

IFN-γ también se ha asociado con la activación de MLCK al promover la adhesión e internalización de bacterias comensales mediante el abanico del borde en cepillo activado por MLCK epitelial (Wu et al., 2014). Sin embargo, al igual que en el caso de la regulación de la MLCK mediada por la LUZ, es necesario seguir estudiando la regulación de la MLCK mediada por el INF-γ para determinar si es directa. Las vías de señalización asociadas a la regulación de MLCK se muestran en la Figura Suplementaria S1.

Vías de señalización asociadas a MLCK que pueden desencadenar la EII

En la EII, la disfunción de la barrera epitelial inducida por MLCK se desencadena por dos vías de señalización. En primer lugar, en el intestino, el epitelio forma una barrera contra los patógenos en el lumen. La expresión anormal de MLCK en las enfermedades gastrointestinales inflamatorias conduce a la fosforilación de la cadena ligera reguladora de la miosina II (MLC), la contracción del anillo de actomiosina y el aumento de la permeabilidad intestinal (Yi et al., 2015). Así, la fosforilación de MLC dependiente de MLCK es un mecanismo esencial que subyace a la disfunción de la barrera epitelial inducida por MLCK. Un segundo mecanismo implica la regulación ascendente estimulada por las MLCK de la claudina-2 y la endocitosis de la ocludina (Su et al., 2013; Jin y Blikslager, 2016). El aumento de la expresión de claudina-2 se ha asociado con la disfunción de la barrera epitelial intestinal (Hu et al., 2015; Krishnan et al., 2015), así como con la disminución de la absorción, la diarrea por flujo de fuga y las respuestas inflamatorias (Hu et al., 2015). La regulación a la baja de la ocludina en la EII disminuye la permeabilidad gastrointestinal, lo que puede alterar la integridad de la barrera contra una variedad de patógenos (Yin et al., 2015).

Potencial papel patológico de la MLCK del músculo liso en la EII

La MLCK del músculo liso (sm) se transcribe a partir del mismo gen que la MLCK epitelial. Está implicada en la regulación de la contracción del sm, y la variación del contenido de la MLCK del sm conduce a trastornos de la motilidad (Chen et al., 2015). Los trastornos de la motilidad causan secundariamente un crecimiento anormal de la flora intestinal, que a su vez agrava la patogénesis de la inflamación intestinal (Chen D. et al., 2014; Welch et al., 2014). Es necesario seguir estudiando si existe un efecto directo de la smMLCK en las enfermedades inflamatorias.

Inhibidores de la MLCK con potencial uso farmacéutico

La miosina cadena ligera quinasa tiene dominios catalíticos, inhibidores y de unión a la calmodulina (Chang et al., 2016). La actividad del dominio catalítico puede ser revelada por digestión tríptica parcial, y puede ser bloqueada por inhibidores de MLCK (Luck y Choh, 2011; Chang et al., 2016). Los inhibidores de la MLCK actúan por unión competitiva en el sitio de unión al ATP de la molécula MLCK o cerca de él (Saitoh et al., 1987; Luck y Choh, 2011). La MLCK se ha estudiado ampliamente en sm, pero está ampliamente distribuida en células y tejidos animales. En consecuencia, es fundamental determinar las actividades de la MLCK en otros tejidos; los inhibidores de la MLCK son buenas herramientas para ello. Los inhibidores de MLCK también tienen potencial farmacológico como vasodilatadores y agentes antiinflamatorios. En la Tabla 2 se enumeran algunos inhibidores de la MLCK, su origen y la evidencia de su efecto farmacológico.

Tabla 2

Tabla 2. Inhibidores de la cadena ligera de miosina con potencial uso farmacéutico.

ML-9 y ML-7

ML-9 es un inhibidor clásico de la MLCK (IC50 = 3,8 μM), que se encontró que inhibe tanto la smMLCK dependiente de Ca2+-calmodulina como la independiente (Saitoh et al., 1987; Shi et al., 2007). Tanto el ML-9 como sus derivados sintéticos son buenos inhibidores selectivos de la smMLCK (Ito et al., 2004). Se ha demostrado que el ML-9 reduce la presión intraocular en ojos de conejo (Honjo et al., 2002).

Otro inhibidor de la MLCK, el ML-7 , es un agente permeable a la membrana (Shi et al., 2007). Tanto el ML-9 como el ML-7 son derivados de la sulfonamida de naftalina (Shi et al., 2007). La inhibición de ML-7 es más de 30 veces más potente que la de ML-9 (IC50 = 300 nM) (Shi et al., 2007). Sin embargo, en comparación con ML-9, la inhibición específica de MLCK de smMLCK y otras isoformas de MLCK puede ser menos potente (Saitoh et al., 1987). Se han demostrado los efectos beneficiosos de ML-7 en muchas condiciones, incluyendo la lesión por isquemia/reperfusión del corazón (Lin et al., 2012; Zhang et al., 2015), la EII (Cheng et al., 2015) y la aterosclerosis (Cheng et al., 2015).

Productos microbianos inhibidores de la MLCK

K-252a, un alcaloide microbiano purificado a partir de cultivos microbianos, es un inhibidor no selectivo de la MLCK (Nakanishi et al., 1992), así como de otras proteínas quinasas, incluidas la proteína quinasa C y algunas proteínas quinasas dependientes de nucleótidos cíclicos (Nakanishi et al., 1992). KT592 es un derivado de K-252a con mayor selectividad. La wortmannina, aislada y purificada a partir de la cepa fúngica Talaromyces wortmannin KY12420, es otro producto microbiano inhibidor de la MLCK (Nakanishi et al., 1992), Se ha demostrado que disminuye las respuestas secretoras en las células medulares suprarrenales de rata a través de la inhibición de la MLCK (Warashina, 2000) y que tiene una actividad antifúngica, hemorrágica y antiinflamatoria que puede no estar relacionada con la inhibición de la MLCK (Nakanishi et al., 1992). Los posibles efectos farmacológicos de estos inhibidores merecen un estudio más profundo.

Inhibidores potenciales de la MLCK de origen natural

Como se muestra en la Tabla 2, algunos componentes bioactivos de origen natural pueden ser inhibidores de la MLCK. En un sistema in vitro que incluye miosina purificada y MLCK, la quercetina inhibió la fosforilación de la miosina. La inhibición puede ser bloqueada por el inhibidor de MLCK ML-7, lo que indica que la quercetina puede ser un inhibidor directo de MLCK (Zhang et al., 2006). En un modelo animal de trastorno de la motilidad intestinal, la administración de capsaicina disminuyó significativamente la expresión de MLCK, lo que también implica a la MLCK como objetivo de la inhibición por parte de la capsaicina (Chen et al., 2015). La inhibición en respuesta al ácido salvianólico B puede ser indirecta; hay otra señalización implicada. El ácido salvianólico B disminuye la expresión de MLCK mediante la regulación al alza del microRNA1 (Xiong et al., 2016). También se ha descubierto que la regulación ascendente de microRNA-374a, microRNA-155, miR-520c-3p y miR-1290 reduce la expresión de MLCK en varios tejidos (Adyshev et al., 2013; Weber et al., 2014). Los compuestos bioactivos de origen natural que actúan indirectamente a través de los microARN son una vía de inhibición alternativa. Sin embargo, se necesitan experimentos farmacológicos específicos de la enfermedad para confirmar los efectos de los potenciales inhibidores naturales de la MLCK.

Resumen

Esta revisión resume la evidencia de un papel de la MLCK en las enfermedades inflamatorias, especialmente en la EII. La expresión anormal de MLCK está implicada en diversos eventos patológicos, principalmente al causar cambios en el citoesqueleto que interrumpen la función de barrera epitelial. El efecto de los agentes anti-MLCK en enfermedades inflamatorias específicas depende del grado de implicación de la función endotelial. La prevención de los efectos secundarios relacionados con el tratamiento es una consideración clave porque la MLCK se expresa abundantemente en muchos tejidos. La consideración de dos aspectos de la selectividad ayuda a anticipar y prevenir los efectos secundarios de los inhibidores de la MLCK. El primero es la inhibición selectiva de la MLCK y de otras proteínas quinasas, como la proteína quinasa C y la proteína quinasa dependiente de nucleótidos cíclicos; el otro es la inhibición selectiva de las diferentes isoformas de la MLCK, como la smMLCK y la nmMLCK. Los potenciales agentes farmacéuticos anti-MLCK ofrecen una visión novedosa en el tratamiento de las enfermedades inflamatorias que difiere de la terapia antiinflamatoria tradicional.

Contribuciones del autor

Concebió y diseñó la revisión: DC. Revisión de las referencias: DC, YX, CW, LW, ZZ y LS. Redactó el artículo y lo revisó críticamente por su importante contenido intelectual: DC, YX, CW, LW, ZZ y LS. El manuscrito ha sido aprobado por todos los autores.

Declaración de conflicto de intereses

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un potencial conflicto de intereses.

Agradecimientos

Este estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (número de subvención 81600440, 81273919) y la Fundación Municipal de Investigación Médica de Dalian.

Material complementario

El material complementario para este artículo se puede encontrar en línea en: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fphar.2017.00292/full#supplementary-material

Figura S1 | Se muestran los mecanismos subyacentes a la regulación de la función de barrera endotelial inducida por la MLCK. Las flechas sólidas indican la interacción directa y las flechas punteadas indican las interacciones indirectas.

Adyshev, D. M., Moldobaeva, N., Mapes, B., Elangovan, V., y García, J. G. (2013). Regulación por microRNA de la expresión de la cadena ligera de miosina no muscular en el endotelio pulmonar humano. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 49, 58-66. doi: 10.1165/rcmb.2012-0397OC