viernes, 29 de junio de 2012

Un plastificador 'vuelve locos' a los genes del desarrollo testicular

Se llama ftalato y es una sustancia química que se añade a los plásticos para dotarlos de flexibilidad. Está "prácticamente en todos sitios", según explica el investigador del Centro de Investigaciones Biológicas (organismo dependiente del CSIC) Jesús del Mazo. Este científico es el principal autor de un estudio publicado en 'Reproductive Toxicology', que ha demostrado, de momento sólo en ratones, que la exposición a esta sustancia y a otro contaminante menos común en España llamado zearalenona, genera huellas de desregulación génica en varios genes involucrados en la reproducción, entre otros procesos.
Tanto el ftalato como la zearalenona son sustancias pertenecientes al grupo de los llamados disruptores endocrinos que, desde hace tiempo, se sospecha que están relacionados con la calidad del semen de los humanos, entre otros problemas de salud. Entonces, ¿qué tiene de nuevo el trabajo de del Mazo? Según explica el investigador, el estudio ha buscado los mecanismos de acción por los que estos disruptores endocrinos pueden afectar al sistema reproductivo. "Hemos estudiado si diversos tipos de disruptores endocrinos actúan de forma diferente y su relación con la dosis de exposición, entre otros aspectos", subraya.
En concreto, los dos disruptores endocrinos anteriormente señalados producían alteraciones específicas en la firma genética de los animales. Estas alteraciones pueden inducir un desequilibrio en los programas de expresión genética involucrados en el correcto desarrollo testicular y en la génesis del esperma, que podría ser transmitido a la descendencia masculina en un proceso epigenético.
Además, los investigadores demostraron que estos contaminantes generan las huellas de desregulación génica "independientes de la dosis o del momento del desarrollo en el que se produjo la exposición". De hecho, el efecto se ha visto incluso en descendientes de madres que sólo estuvieron expuestas en el periodo previo a la concepción.
Del Mazo explica, además, que "entre las rutas funcionales reconocidas de los genes desregulados la principal es la asociada al cáncer y a los desórdenes del sistema reproductivo".
Respecto a la pregunta del millón, es decir, si estos resultados pueden extrapolarse a humanos, el investigador no lo afirma rotundamente pero, según explica, "en estudios toxicológicos se aplica un factor metabólico para comparar dosis en humano y en ratón y, si bien las dosis de exposición empleadas son más altas que las habituales en poblaciones humanas, algunos casos registrados de exposición humana están en el mismo rango que las usadas en nuestros experimentos".
Del Mazo especifica cuáles son esos casos: "Para zearalenona, en cereales contaminados en África y transformados en cerveza; para ftalato, en registros de neonatos de cuidados intensivos con múltiples intubaciones". Es precisamente respecto a este último compuesto sobre el que el investigador advierte: "Los ftalatos están prácticamente en todos los sitios: aguas, suelos, alimentos... son difíciles de excluir hoy por hoy, aunque sus niveles suelen ser relativamente bajos".

El Alzheimer se 'contagia' de neurona a neurona

El Alzheimer se 'contagia' de neurona a neurona

Diagrama transmisión de proteínas neurona a neurona.| J. NeuroscienceDiagrama transmisión de proteínas neurona a neurona.| J. Neuroscience
A medida que el Alzheimer progresa, va afectando cada vez a más áreas del cerebro. Sin embargo, hasta ahora no se conocen plenamente los mecanismos que van guiando este avance más o menos progresivo. Un nuevo estudio publicado esta semana en la revista 'Journal of Neuroscience' aporta ahora nuevas pistas.
Como explica a ELMUNDO.es el principal autor del trabajo, Martin Hallbeck, hasta ahora la atención se había centrado sobre todo en las placas que forma la proteína beta amiloide; pero los acúmulos más pequeños (oligómeros) también tienen su papel.
"Por primera vez hemos descubierto cómo los oligómeros de beta amiloide se 'propagan' de una neurona a otra, lo que les permite ir 'enfermando' unas partes del cerebro y no otras", explica el investigador sueco.
El patrón de expansión del Alzheimer en el cerebro de un paciente sigue siempre un modelo similar, que se correlaciona con la pérdida progresiva de memoria y otras habilidades, a medida que más y más áreas cerebrales se van viendo afectadas y colonizadas por las placas de proteínas tóxicas. "Queríamos saber cómo las pequeñas acumulaciones de beta amiloide (oligómeros) son capaces de propagarse de unas neuronas a otras", resume el especialista.

Tinciones de colores

Para ello emplearon cultivos in vitro de neuronas de roedores ("puesto que hoy por hoy no es posible estudiar el tráfico de proteínas en el cerebro humano") y mediante tinciones de colores trataron de seguir el 'contagio' de las proteínas tóxicas.
Así, inyectaron oligomeros en las neuronas animales mediante una pequeña aguja fina y, en tan sólo un día, observaron cómo las células cerebrales vecinas pronto se veían también infectadas por la proteína tóxica. "Esto explica porqué la enfermedad puede propagarse de un área cerebral a otra rápidamente y cómo las células que van recibiendo la proteína tóxica van enfermando, mientras que otras regiones siguen sin estar afectadas".
No es la primera vez que se confirma la hipótesis del 'contagio'. Dos estudios publicados en la revista 'Neuron' en febrero de este mismo año por científicos de Columbia y Harvard (ambas en EEUU) observaron un patrón similar para la proteína tau, otro de los componentes 'tóxicos' implicados en el Alzheimer. También en un ensayo con células en el laboratorio, los investigadores vieron que la proteína tóxica era capaz de 'viajar' fácilmente de las áreas del cerebro donde se elaboran los recuerdos a otras donde se almacenan y se generan razonamientos más complejos.
Como explica a ELMUNDO.es, en los últimos años se ha comprobado que la proteína beta amiloide tiene también un papel importante en el cerebro sano, "en la regulación de las conexiones entre neuronas". En condiciones normales, añade, los oligomeros se mantienen a raya con los propios mecanismos de control de la célula; "sin embargo, a medida que se van acumulando más oligómeros y el organismo envejece, pierde esa capacidad de control, lo que permite que se formen acúmulos de proteína tóxica".
Aunque aún es pronto para hablar de implicaciones prácticas, Hallbeck considera que sus hallazgos podrían servir para tratar de frenar el Alzheimer en las fases más tempranas de la enfermedad; antes de que los oligómeros se acumulen formando placas de proteína beta amiloide. "Si pudiésemos frenar el avance de la enfermedad a más áreas del cerebro, los pacientes podrían retener ciertas capacidades como tenía antes del diagnóstico", apunta.
En este sentido, cada vez son más los ensayos que tratan de atajar el Alzheimer en sus fases iniciales, cuando los síntomas del paciente no pasan de pequeños despistes o pérdidas de memoria; y que pueden comenzar hasta cinco años antes de la demencia propiamente dicha. Por ejemplo, 10 hospitales españoles participan en una investigación que trata de demostrar la eficacia de un fármaco que actúa frenando la formación inicial de las placas tóxicas. En Colombia, otro ensayo similar tratará de prevenir la enfermedad en una familia de individuos genéticamente predispuesta a sufrir esta demencia, en lo que constituye el primer intento por intervenir antes de que surjan los primeros síntomas.

lunes, 18 de junio de 2012

Fitoestrógenos buenos o malos? La respuesta en el curso que es muy largo de explicar....


Fitoestrógenos (Isoflavonas y Lignanos)



Se sabe que los estrógenos están implicados en la génesis y progresión del cáncer de mama, aunque el rol preciso de los estrógenos en dicha forma de cáncer permanece desconocido. Los estrógenos son promotores cancerígenos naturales del cuerpo humano (hormonas), su implicación está demostrada en vivo y en vitro. Los compuestos estrogénicos derivados de plantas, los fitoestrógenos, influyen sobre el riesgo de cáncer de mama en el sentido de que inhiben los efectos dañinos de los estrógenos naturales del organismo humano. El grupo de estrógenos vegetales incluye lignanos e isoflavonas (ej: la genisteína). Las fuentes de lignanos e isoflavonas y sus metabolitos incluyen los cereales, frutas, bayas, productos de soja, semillas de lino y legumbres. La fuente más importante son los granos de soja. Los fitoestrógenos actúan como inhibidores de las proteasas evitando que las células malignas puedan extenderse rápidamente. La función precisa de los compuestos fitoestrógenos en afectar el riesgo de cáncer de mama es muy compleja. Parece improbable que las mujeres estén expuestas a un compuesto estrogénico simple ya sea bueno o malo, debido a que generalmente las dietas son complejas y variadas. De este modo, la exposición a compuestos fitoestrogénicos probablemente es continua, con el balance de exposición Bueno o Malo cambiando constantemente con la cantidad y naturaleza de lo que se consume, y el momento en el que se consume. El consumo de una dieta que produzca exposición estrogénica en una paciente postmenopáusica con cáncer de mama, pudiera ser malo, con los efectos aparentes a corto plazo. Una exposición similar en una mujer postmenopáusica normal podría ser esencialmente buena, para la reducción tanto de su riesgo de enfermedad cardiovascular como de los efectos de la osteoporosis. En una mujer más joven esta exposición puede tener pocos efectos inmediatos, aunque pudiera funcionar como un anticonceptivo si la exposición es suficiente. Sin embargo, una exposición prolongada pudiera producir un aumento del riesgo de cáncer de mama. Una exposición antiestrogénica prolongada pudiera ser buena para una paciente postmenopáusica con cáncer de mama, mientras que puede aumentar el riesgo de enfermedad cardiovascular y/o de osteoporosis en una mujer normal postmenopáusica. Tanto las respuestas antiestrogénicas como las estrogénicas pueden tener efectos sobre la capacidad reproductiva de las mujeres premenopáusicas. El grado al cual cualquiera de estas interacciones biológicas hipotéticas pudiera ocurrir depende de la duración de la exposición, la afinidad y potencia de los estímulos relacionados con cualquiera de los estrógenos endógenos, y de la sensibilidad del órgano o tejido en cuestión. Como parece probable que esto varíe de un individuo a otro, la determinación del papel o contribución de una exposición fitoestrogénica durante la vida de un individuo a su riesgo de cáncer de mama puede ser muy difícil.

El café es antiinflamatorio (inglés)

Cyclooxygenase (COX)-2 is an inflammatory gene catalyzing
prostaglandin E2 (PGE2) production from a substrate
lipid, arachidonic acid.1) Inflammatory signals greatly enhance
the expression level of COX-2, particularly in inflammatory
cells such as monocytes, macrophages, endothelial
cells, and fibroblasts.2) Numerous trials to develop a promising
antiinflammatory drug therefore are still targeted at suppressing
PGE2 production as well as COX-2 expression.3) A
better understanding of the induction mechanism of COX-2
expression and PGE2 production would allow us to consider
various levels of inflammatory signaling pathways as target
molecules. The biochemical pathways include the levels of
transcription factors (nuclear factor (NF)-k B and AP-1) and
upstream signaling cascades such as mitogen-activated protein
kinase (MAPK) containing extracellular signal-regulated
kinase (ERK), p38, and C-Jun N-terminal kinase (JNK),
phosphoinositide-3-kinase (PI3K)/Akt, and inhibitor of kB
(Ik B) kinase (IKK)/IkBa .4,5)
Coffee is a popular beverage worldwide and has been studied
for a long time due to its controversial pharmacology
thought to be either beneficial or adverse. Although coffee
has been reported to increase blood cholesterol level and
blood pressure, and cause hypersecretion of gastric juice, it is
increasingly noted that coffee also has somewhat beneficial
effects such as antiinflammatory and anticarcinogenic properties.
6.8) The major compounds to explain these pharmacologically
beneficial effects are diterpenes such as cafestol
(Fig. 1) and kahweol.6) In spite of numerous papers on the
anticancer activities of coffee and its ingredients, so far, few
studies demonstrated the effect of cafestol on inflammatory
mediator production in macrophages. The Jeong group in
Korea found that cafestol has strong inhibitory activity on
PGE2 production by suppressing the NF-k B activation pathway.
9) They found that the lipopolysaccharide (LPS)-induced
activation of NF-k B is down-regulated by cafestol by preventing
IkBa degradation and inhibiting Ik B kinase (Ik K)
activity.9) Although that study contributed to understanding
the immunopharmacologic roles of cafestol, there is a possibility
that other inflammatory signaling pathways can serve
as target sites for cafestol action. To expand our knowledge
of the beneficial roles of coffee, we consumed to evaluate the
antiinflammatory mechanism of cafestol in terms of other
major inflammatory signaling pathways such as MAPK
(ERK, p38, and JNK) and their relevant transcription factor
AP-1.
MATERIALS AND METHODS
Materials Cafestol (Fig. 1, purity: 99%), phorbol-12-
myristate-13-acetate (PMA), and lipopolysaccharide (LPS,
Escherichia coli 0111:B4) were purchased from Sigma (St.
Louis, MO, U.S.A.). LY294002, wortmannin, U0126,
SP600125, and SB203580 were obtained from Calbiochem
(La Jolla, CA, U.S.A.). Fetal bovine serum (FBS) was obtained
from GIBCO (Grand Island, NY, U.S.A.). The ERK
kinase assay kit was purchased from Millipore (Billerica,
128 Vol. 33, No. 1
Cafestol, a Coffee-Specific Diterpene, Is a Novel Extracellular Signal-
Regulated Kinase Inhibitor with AP-1-Targeted Inhibition of
Prostaglandin E2 Production in Lipopolysaccharide-Activated
Macrophages
Ting SHEN,a,# Jaehwi LEE,b,# Eunji LEE,b Seong Hwan KIM,c Tae Woong KIM,d and Jae Youl CHO*,a
a School of Bioscience and Biotechnology, and Institute of Bioscience and Biotechnology, Kangwon National University;
d Department of Biochemistry, Kangwon National University; Chuncheon 200.701, Republic of Korea: b College of
Pharmacy, Chung-Ang University; Seoul 156.756, Republic of Korea: and c Laboratory of Chemical Genomics, Korea
Research Institute of Chemical Technology; P.O. Box 107, Yuseong-gu, Daejeon 305.600, Republic of Korea.
Received June 11, 2009; accepted September 19, 2009; published online October 14, 2009
Coffee is a popular beverage worldwide with various nutritional benefits. Diterpene cafestol, one of the
major components of coffee, contributes to its beneficial effects through various biological activities such as
chemopreventive, antitumorigenic, hepatoprotective, antioxidative and antiinflammatory effects. In this study,
we examined the precise molecular mechanism of the antiinflammatory activity of cafestol in terms of
prostaglandin E2 (PGE2) production, a critical factor involved in inflammatory responses. Cafestol inhibited both
PGE2 production and the mRNA expression of cyclooxygenase (COX)-2 from lipopolysaccharide (LPS)-treated
RAW264.7 cells. Interestingly, this compound strongly decreased the translocation of c-Jun into the nucleus and
AP-1 mediated luciferase activity. In kinase assays using purified extracellular signal-regulated kinase 2 (ERK2)
or immunoprecipitated ERK prepared from LPS-treated cells in the presence or absence of cafestol, it was found
that this compound can act as an inhibitor of ERK2 but not of ERK1 and mitogen-activated protein kinase kinase
1 (MEK 1). Therefore our data suggest that cafestol may be a novel ERK inhibitor with AP-1-targeted inhibitory
activity against PGE2 production in LPS-activated RAW264.7 cells.
Key words cafestol; prostaglandin E2; cyclooxygenase-2; AP-1; c-Jun; extracellular signal-regulated kinase
Biol. Pharm. Bull. 33(1) 128.132 (2010)
. To whom correspondence should be addressed. e-mail: jaecho@kangwon.ac.kr ¨Ï 2010 Pharmaceutical Society of Japan
# These authors contributed equally to this work.
Fig. 1. Structure of Cafestol
MA, U.S.A.). All other chemicals were of reagent grade.
Total or phospho-specific antibodies to c-Jun, c-fos, JNK,
p38, ERK, b -tublin, and lamin A/C were purchased from
Cell Signaling (Beverly, MA, U.S.A.).
Cell Culture RAW264.7 and HEK293 cells (American
Type Culture Collection, Rockville, MD, U.S.A.) were maintained
in complete RPMI-1640 medium (supplemented with
100 U/ml of penicillin, 100m g/ml of streptomycin, and 10%
fetal bovine serum).
PGE2 Production The modulatory effect of cafestol on
PGE2 release was determined as previously described.10)
RAW264.7 cells (2 106 cells/ml) were incubated with LPS
and various concentrations of cafestol for 24 h. Supernatants
were collected and assayed for PGE2 content using the PGE2
enzyme immunoassay kit (Amersham, Little Chalfont, Buckinghamshire,
U.K.).
MTT Assay (Colorimetric Assay) for Measurement of
Cell Proliferation Cell proliferation and the cytotoxicity of
cafestol were determined using the conventional 3-(4,5-dimethylthiazol-
2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT)
assay, as previously reported.10)
Determination of LPS-Inducible COX-2 Gene Expression
For the evaluation of COX-2 mRNA expression levels,
the total RNA from the LPS treated-RAW264.7 cells (5 106
cells/ml) was prepared by adding TRIzol Reagent (Gibco
BRL) according to the manufacturer¡¯s protocol, as reported
previously.11) The primers (Bioneer, Seoul, Korea) used in
this experiment were: COX-2 (F-5 -CACTACATCCTGACCCACTT-
3 and R-5 -ATGCTCCTGCTTGAGTATGT-3 );
and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)
(F-5 -CACTCACGGCAAATTCAACGGCAC-3 and 5 -
GACTCCACGACATACTCAGCAC-3 ).
Luciferase Reporter Gene Activity Assay Since
RAW264.7 cells are not easy to transfect with interesting
DNA constructs, HEK293 cells (1 106 cells/ml) were transfected
with 1m g of plasmids with AP-1-Luc as well as b -
galactosidase using the calcium phosphate method in a 12-
well plate. The cells were used for experiments 48 h after
transfection. Luciferase assays were performed using the Luciferase
Assay System (Promega, Madison, WI, U.S.A.).12)
Immunoblotting For total protein extraction: RAW
264.7 cells were harvested, washed with cold phosphate
buffered saline (PBS), and lysed in lysis buffer (Tris.HCl
20mM, pH 7.4, EDTA 2mM, EGTA 2mM, b -glycerophosphate
50mM, sodium orthovanadate 1mM, dithiothreitol 1
mM, 1% Triton X-100, 10% glycerol, leupeptin 10m g/ml,
aprotinin 10m g/ml, pepstatin 10m g/ml, benzimidine 1mM
and phenylmethane sulphonylfluoride 2mM) for 30 min with
rotating at 4 ¡ÆC. Lysates were clarified by centrifugation at
16000 g for 10 min at 4 ¡ÆC. For nuclear protein extraction,
nuclear proteins were obtained through three steps. After the
treatment, cells were harvested and lysed in 500m l of lysis
buffer (KCl 50mM, 0.5% Nonidet P-40, HEPES 25mM,
phenylmethylsulfonyl fluoride 1mM, leupeptin 10m g/ml,
aprotinin 20m g/ml, and 100m M 1,4-dithiothreitol) on ice for
4 min. Cells lysates were centrifuged at 14000 rpm for 1 min
at 4 ¡ÆC. In the second step, the pellet was washed with the
washing buffer, which was the same as the lysis buffer excluding
Nonidet P-40. In the final step, the nuclei were incubated
with an extraction buffer (KCl 500mM, 10% glycerol,
HEPES 10mM, NaCl 300mM, 1,4-dithiothreitol 0.1mM,
PMSF 0.1mM, leupeptin 2m g/ml, and aprotinin 2m g/ml) and
centrifuged at 14000 rpm for 5 min. The supernatant was collected
as the nuclear protein extract. Soluble cell lysates were
immunoblotted, and phospho-ERK levels were visualized as
previously reported.11)
ERK Kinase Assay For evaluating ERK kinase inhibitory
activity with purified enzyme, a kinase profiler service
from Millipore was used. In a final reaction volume of
25m l, ERK1 (human), ERK2 (human), or MAPK kinase
(MEK) 1 (human) (1.5 mU) was incubated with the reaction
buffer. The reaction was initiated by the addition of
MgATP. After incubation for 40 min at room temperature, the
reaction was stopped by the addition of 5 ml of a 3% phosphoric
acid solution. Ten microliters of the reaction product
were then spotted onto a P30 filtermat and washed three
times for 5 min in phosphoric acid 75mM and once in
methanol prior to drying and scintillation counting. To determine
the inhibitory effects of cafestol on LPS-activated ERK
activity, immunoprecipitated ERK prepared from LPStreated
RAW264.7 cells (5 106 cells/ml) in the presence or
absence of cafestol were incubated with myelin basic protein
(MBP), according to the manufacturer¡¯s instructions. The
ERK kinase activity was determined with anti-phospho-MBP
antibody after immunoblotting analysis.
Statistical Analysis Student¡¯s t-test and one-way ANOVA
were used to determine the statistical significance of differences
between values for the various experimental and control
groups. Data expressed as mean S.E.M. were taken
from at least three independent experiments performed in
triplicate (Figs. 2A, B and 3A, D, E). The data (Figs. 2C and
3B, C) are representative of three different experiments with
similar results. p values of 0.05 or less were considered to
represent statistically significant differences.
RESULTS AND DISCUSSION
In this study, we found a novel inhibitory pathway by
which cafestol effectively blocks the AP-1 pathway in LPSstimulated
macrophages. Cafestol clearly suppressed PGE2
production (Fig. 2A) in macrophages after LPS stimulation
in a dose-dependent manner (IC50 value 45.7m M), as did
standard compounds (LY294002 and wortmannin) (Fig. 2A,
right panel). Since there was no effect on normal cell viability
by cafestol after 12-and 24-h incubation (Fig. 2B),
cafestol-derived inhibition does not appear to be due to its
nonspecific action. However, the inhibitory potency was different
from that in a previous report in which the IC50 value
of cafestol was around 5m M.9) Continuous evaluation also indicated
that cafestol-mediated inhibition of PGE2 production
may occur at the transcriptional level, because cafestol decreased
the mRNA synthesis of COX-2 observed under the
same conditions (Fig. 2C). This inhibitory pattern is generally
seen in numerous PGE2 inhibitory compounds with transcriptional
regulatory features,13,14) and accordingly the identification
of the transcription factor(s) and upstream signaling
events were continuously observed.
The transcriptional control of PGE2 production in
macrophages is mediated by redox-sensitive transcription
factors such as NF-k B and AP-1. Because cafestol has been
reported to suppress NF-k B activation,9) we mainly focused
on understanding the involvement of AP-1. To do this, the
January 2010 129
translocational levels of AP-1 (c-Jun and c-fos) in the nuclear
fraction from LPS-treated RAW264.7 cells was first examined
using immunoblotting analysis. As Fig. 3A depicts, the
levels of translocated c-Jun and phospho-c-Jun in the nuclear
fraction were interrupted by cafestol 25 and 100m M, without
any contamination of cytosolic proteins, as confirmed with
cytosolic b -tublin.15) In contrast, c-Jun and c-fos were not
found in the normal nuclear fraction, indicating inducible
activation of AP-1 (c-Jun/c-fos) during LPS treatment. In
agreement with those results, PMA-upregulated luciferase
activity in HEK293 cells transfected with a luciferase reporter
construct containing binding sites for AP-111) was also
dose dependently suppressed by cafestol treatment (Fig. 3C),
suggesting that the molecular target of cafestol appears in a
downstream pathway, activated commonly during both LPS
and PMA treatment for AP-1 activation.
Since the translocation of AP-1 is mediated by the phosphorylation
of MAPK,16) we next investigated the potential
involvement of MAPK in cafestol inhibition. Interestingly,
however, the phosphorylation of MAPK (ERK, JNK, and
p38) was not blocked by various concentrations of cafestol
(Fig. 3B). The negative effects of cafestol on MAPK activation
was also observed even when incubated for various
times (data not shown), implying that the MAPK pathway is
not a target of the pharmacology of cafestol. Nonetheless,
among MAPK inhibitors, U0126, an inhibitor of ERK kinase
(MEK) strongly suppressed the nuclear translocation of AP-1
(c-Jun and c-fos) by LPS in RAW264.7 cells and luciferase
activity mediated by AP-1 activation in HEK293 cells cultured
with PMA (Fig. 3D), suggesting that the ERK (but not
the p38 and JNK) activation pathway could play a central
role in this AP-1 up-regulation event (Fig. 3D). Based on
these results, it was assumed that cafestol may not only block
the ERK pathway but also suppress a biochemical step between
c-Jun translocation and the phosphorylation of ERK.
Because the immunoblotting results shown in Fig. 3B indicated
that cafestol did not block each activational phosphorylation
step of ERK, p38, and JNK, and the inhibitors to p38
and JNK did not suppress or only weakly suppressed AP-1
(c-Jun/c-fos) translocation as well as AP-1-mediated luciferase
activity (Fig. 3D), the only method to determine
cafestol activity was to explore ERK kinase itself. Therefore,
the enzyme kinase assay was carried out to ascertain testing
whether this compound was able to suppress the kinase activity
of ERK (ERK 1/2) and its upstream kinase, MEK1, directly.
17) Interestingly, cafestol only decreased the enzymatic
activity of ERK2, but not that of ERK1 and MEK1, at
100m M (Fig. 3E). These data therefore imply that cafestol
could block PGE2 production, COX-2 expression, and c-
Jun/AP-1 translocation by directly blocking ERK2. Moreover,
the lack of inhibition of MEK1 by cafestol strongly
indicates that ERK2 inhibition by cafestol is not due to a
simple treatment effect. In agreement with the result of the
purified enzyme assay, cafestol also significantly suppressed
immunoprecipitated ERK activity, assessed by measuring
the phosphorylation level of its substrate protein MBP, performed
with LPS-treated cells in the presence or absence of
cafestol (Fig. 3F). Therefore these data suggest that cafestol
could act as an inhibitor of ERK(2).
It is widely reported that the ERK activation pathway is
involved in the pathophysiologic onset of various diseases
such as cancer, stroke, diabetes, cardiovascular disease, au-
130 Vol. 33, No. 1
Fig. 2. Effects of Cafestol on the Production of PGE2 by LPS-Activated RAW264.7 Cells
(A) RAW264.7 cells (1 106 cells/ml) were incubated with various concentrations of cafestol (left panel) or standard drugs (LY294002 and wortmannin) (right panel) in the presence
of LPS (2m g/ml) for 24 h. Culture supernatants were assayed for PGE2 determination using EIA. (B) RAW264.7 cells (1 106 cells/ml) were incubated with various concentrations
of cafestol for 12 or 24 h. Cell viability was determined in the MTT assay. (C) RAW264.7 cells (5 106 cells/ml) were incubated with cafestol in the presence or absence of
LPS (2m g/ml) for 6 h. The mRNA levels of COX-2 and GAPDH were determined with semiquantitative RT-PCR. .. p 0.01 compared with control.
toimmune diseases, atherosclerosis, allergic reactions, inflammation,
and neurologic disorders.18.20) Due to this, numerous
researchers are now developing potent ERK pathway
inhibitors. U0126 and PD98059 are known for MEK-inhibitory
activity. On the other hand, 3-(2-aminoethyl)-5-((4-
ethoxyphenyl)methylene)-2,4-thiazolidinedione has been reported
to inhibit ERK activity (IC50 25m M) by suppressing
ERK binding to its protein substrates, but not to the ATP domain
in HeLa, A549, and SUM-159 tumor cells.21,22) In addition,
pyrazolylpyrrole-type CAY10561 is a potent, ATP-competitive
inhibitor of ERK2 (Ki 2nM) with higher selectivity
for ERK2.23) Whether cafestol binds to ATP-binding sites or
other substrate-binding areas and which functional groups of
cafestol are important for ERK2 inhibition have not yet been
elucidated. Therefore detailed characterization of inhibitory
mechanism of action and modification of chemical structures
to optimize the inhibitory potency should be undertaken.
In conclusion, we found that cafestol inhibits PGE2 production
from LPS-treated RAW264.7 cells at the transcriptional
level. In particular, this compound downregulates the
translocation of c-Jun and AP-1-mediated luciferase activity.
The direct kinase assay showed that cafestol can act as an inhibitor
of ERK2 but not of ERK1 and MEK1. Therefore our
data suggest that cafestol could be a novel ERK inhibitor
with AP-1-targeted inhibitory activity against PGE2 production
in LPS-activated RAW264.7 cells.
Acknowledgments This study was financially supported
January 2010 131
Fig. 3. Effects of Cafestol on AP-1 Activation
(A) RAW264.7 cells (5 106 cells/ml) pretreated with cafestol for 1 h were stimulated in the presence or absence of LPS (2m g/ml) for 30 min. After preparation of the nuclear
fraction, the phospho- or total protein levels of c-Jun, c-fos, b -tublin, and lamin A/C were determined by immunoblotting analysis with their phospho- or total protein antibodies.
(B) RAW264.7 cells (5 106 cells/ml) pretreated with cafestol for 1 h were stimulated in the presence or absence of LPS (2m g/ml) for 1 h. After immunoblotting, the phospho- or
total protein levels of MAPK (ERK, p38, and JNK) and b -actin were determined using phospho-specific or total protein antibodies. (C and D, right panel) HEK293 cells cotransfected
with the plasmid constructs AP-1-Luc (1m g/ml) and b -gal (as a transfection control) were treated with cafestol (C) or MAPK inhibitors (SB203580, SP600125, and U0126)
(D, right panel) in the presence or absence of PMA (0.1m M) for 18 h. Luciferase activity was determined by luminometry. (D, left panel) RAW264.7 cells (5 106 cells/ml) pretreated
with cafestol for 1 h were stimulated in the presence or absence of LPS (2m g/ml) for 30 min. After preparation of the nuclear fraction, the total protein levels of c-Jun, c-fos,
and lamin A/C were determined by immunoblotting analysis with their total protein antibodies. (E) The inhibitory effects of cafestol on kinase activities of ERK1, ERK2, and
MEK1 were determined in a direct kinase assay as described in Materials and Methods. (F) The inhibitory effects of cafestol on immunoprecipitated ERK prepared from LPStreated
RAW264.7 cells were determined by measuring the level of phospho-MBP, as described in Materials and Methods. .. p 0.01 compared with control.
by MEST and KOTEF through the Human Resource Training
Project for Regional Innovation.
REFERENCES
1) Cuccurullo C., Fazia M. L., Mezzetti A., Cipollone F., Curr. Med.
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132 Vol. 33, No. 1

domingo, 17 de junio de 2012

El café aumenta el colesterol

Los investigadores descubren como el café aumenta el colesterol
RSS icon HOUSTON -- (13 junio, 2007) -- ¿Se esta bebiendo su café negro o descafeinado para mantener su colesterol en control? Piense otra vez.

El Cafestol, un compuesto encontrado en el café, eleva el colesterol secuestrando un receptor en un camino intestinal crítico a su regulación, dijeron los investigadores del Colegio Médico de Baylor en un informe en el diario Molecular Endocrinology.

De hecho, el cafestol es el agente elevador de colesterol alimenticio más potente conocido, dijo doctor David Moore, el profesor de la biología molecular y celular en BCM, y doctor Marie-Louise Ricketts, una estudiante postdoctoral y la primera autora del informe. El Cafetiere, o el café de prensa francés, poción escandinavo hervido y café exprés contienen los niveles más altos del compuesto, que es quitado por filtros de papel usados en la mayor parte de otros procesos de preparación. Sin embargo, quitar la cafeína no quita el cafestol.

Algunos estudios indican que la consumación de cinco tazas de café de prensa francés por día (10 a 13 miligramos de cafestol) durante cuatro semanas levanta el colesterol en la sangre el 6 a 8 por ciento.

Mientras el aumento de colesterol asociado con cafestol había sido identificado antes, el mecanismo por el cual esto actuó permaneció un misterio. Pero Moore y Ricketts fueron capaz de emprender aquel misterio por medio de su trabajo de laboratorio.

El interés de Moore en el cafestol empezó años atras cuando su esposa leyó un artículo sobre el efecto de café en el colesterol. Ella sugerió que quizas el debería cambiar su metodo de preparación, que involucraria un filtro de café permanente. Los filtros de papel, sugerio el artículo, remueven los aceites del café, que contienen cafestol.

Moore investigó el problema, y encontró papeles del co-autor Katan. Él ya estaba trabajando en FXR, y comenzó a pensar en si el cafestol podria afectar la seña en el sendero de colesterol.

defensa de plantas

L
as plantas, organismos sésiles, están obligadas

a discriminar entre los diferentes retos que

les plantea su entorno y responder a ellos.

Estas respuestas a su ambiente biótico y abiótico

les permiten la mejor distribución de sus

recursos para crecer, reproducirse y defenderse.

No debe, pues, sorprendernos que gran parte de

las reacciones de defensa se reflejen en una diversidad

bioquímica que tiene muy pocos paralelos con otros

grupos de organismos. De hecho, el repertorio bioquímico

de las plantas es único.

La enorme diversidad fitoquímica y el largo tiempo

de evolución de este metabolismo han resultado en interacciones

de complejidad creciente. En el caso de

las interacciones entre plantas e insectos, por ejemplo,

ciertos compuestos con estructuras muy similares pueden

ejercer actividades muy disímiles, desde insecticidas

hasta repelentes o incluso atrayentes. Tamaña

variedad de respuestas, resultado de una compleja coevolución,

no sólo resulta fascinante desde el punto de

vista biológico, sino que también acarrea consecuencias

económicas importantes.

La interacción con organismos microbianos, herbívoros

y otras especies de plantas puede ser de carácter

positivo, negativo o neutral. Depende, en cada

caso, de una serie de vinculaciones complejas, sobre

la mayoría de las cuales conocemos muy poco. Haremos

aquí hincapié en las interacciones de carácter negativo,

casi siempre asociadas a la supervivencia ante el

ataque de predadores, parásitos o patógenos; comportan

un marco de competencia interespecífica.

Aunque los mecanismos químicos involucrados en

estos tres tipos de interacciones pueden ser de naturaleza

similar, para su mejor comprensión las abordaremos

por separado.

Interacciones entre plantas y microorganismos

La propuesta de una función defensiva para los compuestos

fitoquímicos se avanzó hace un siglo. En

1905, Marshall Ward postuló que los “anticuerpos” y

las toxinas producidas por la planta desempeñaban

una función importante para frenar el proceso infeccioso.

Estos compuestos defensivos podían encontrarse,

preformados, antes de la infección o podían sintetizarse

en respuesta a la misma y ser, por tanto, inducibles

o subsiguientes a la infección.

En 1941, Müller y Börger refinaron la concepción de

Ward. Bautizaron con el nombre de fitoalexinas a los

compuestos químicos sintetizados por la planta en respuesta

a una invasión microbiana. La primera fitoalexina

fue aislada y caracterizada en 1960 por Cruickshank

y Perrin. Al compuesto aislado, un isoflavonoide pterocarpano,

se le denominó pisatina; se había aislado a

partir de las vainas de guisante (
Pisum sativum).

La investigación ulterior ha puesto de manifiesto la

amplia diversidad de la naturaleza química de las fitoalexinas.

Cubre prácticamente todo el espectro químico

de los productos naturales que hallamos en los

vegetales.

Existe un extenso repertorio de “metabolitos secundarios”,

presentes en concentraciones variables, en todos

los tejidos vegetales adultos, cuya función primordial

parece ser la defensa contra invasiones microbianas. A

diferencia de las fitoalexinas, estos compuestos se caracterizan

por su estado permanente. Tienen por misión

servir de barrera inicial a la propagación de bacterias

u hongos dentro de los tejidos de la planta. Pueden,

pues, ejercer una presión selectiva sobre los patógenos

potenciales; éstos, andando el tiempo, desarrollan, por

mutación, mecanismos de resistencia, y perpetúan así

el ciclo de cambio por mutación en patógeno y hospedador.

A ese fenómeno se debe, en parte, la enorme

diversidad química de los productos naturales derivados

de plantas.

La función primordial de muchos de tales metabolitos

secundarios no es necesariamente antibacteriana

o antifúngica. Algunos inhiben la germinación de esporas.

Varía también su localización en los tejidos. La

Mecanismos químicos

de defensa en las plantas

Los vegetales poseen mecanismos de defensa

que reflejen una gran diversidad bioquímica,

resultado de interacciones complejas

Jorge M. Vivanco, Eric Cosio, Víctor M. Loyola-Vargas y Héctor E. Flores

68 I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005

ubicación de los compuestos antipatógenos

difiere de la observada

en los compuestos antiherbívoros o

alelopáticos.

Los compuestos antipatógenos se

alojan principalmente en el exterior

de los tejidos y órganos o en

el interior de las vacuolas. Los

compuestos ubicados en el exterior

se hallan asociados por enlaces

covalentes o disueltos en una

matriz, tal como la pared celular

o las cutículas que recubren el exterior

de los órganos vegetales. Las

agliconas de muchos flavonoides

aparecen depositadas, incluso en

forma cristalina, en el exterior de

las hojas.

Los compuestos alojados en las

vacuolas suelen establecer conjugados

con carbohidratos o aminoácidos.

Su forma activa, la aglicona

hidrofóbica, es liberada por hidrólisis

enzimática cuando el contenido

vacuolar se vacía por la destrucción

del tejido durante el proceso

infectivo.

Las defensas fitoquímicas inducibles

y las constitutivas se han venido

entrelazando en el curso de la

evolución. Se hallan, pues, sujetas

a presiones selectivas similares. A

pesar de las innumerables clases de

productos naturales que una especie

vegetal es capaz de sintetizar y

acumular, no son muchos los que

sirven como defensas químicas inducibles.

Estos patrones de actividad biológica

siguen relaciones taxonómicas.

Las distintas familias vegetales poseen

perfiles químicos característicos

de fitoalexinas que sugieren la

I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005 69

JORGE M. VIVANCO, ERIC COSIO, VICTOR M. LOYOLA-VARGAS Y HECTOR E. FLORES

1. Ejemplar de Piperácea (
arriba). Compuestos producidos por plantas Piperáceas

y su actividad biológica (
abajo).

PIPER RETROFRACTUM

In
secticida

PIPER ARBOREUM

Antifúngic
a

PIPER PI
SCATORUM

Pi
scicida, anessico local

O

O NH

O

O

O

N

O

NH

O

O

H
3C

70 I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005

existencia de mecanismos de activación

génica originados a partir

de un antepasado común. Uno de

los ejemplos típicos de esta relación

nos lo ofrecen las fabáceas (leguminosas,

familia del fréjol), en las

que un gran número de especies sintetizan

fitoalexinas de tipo isoflavonoide;

otro, las solanáceas (la

familia de la patata y el tomate),

donde las fitoalexinas típicas son

sesquiterpenoides.

La existencia de excepciones en

esos y otros casos avala la hipótesis

según la cual las mutaciones posteriores

promovieron la activación

de genes de vías biosintéticas alternativas

que mostraban una ventaja

evolutiva. Abundan las pruebas

sobre tales puntos de ruptura

en los procesos coevolutivos entre

patógenos y sus hospedantes vegetales.

Así, dentro de un grupo bastante

homogéneo de leguminosas

cultivadas que sintetizan fitoalexinas

isoflavonoides, las habas fabrican

fitoalexinas poliacetilénicas

(wyerona). La aparición, por mutación,

de nuevas fitoalexinas constituye

una estrategia para levantar

un nuevo muro entre la planta y

los fitopatógenos ya adaptados a sobrevivir

al arsenal químico que

existía con anterioridad.

A través de la ingeniería metabólica

podría hoy lograrse un resultado

similar. En un futuro próximo,

podrían introducirse genes

que codifican la síntesis de fitoalexinas

novedosas. Rüdiger Hain y su

grupo iniciaron en 1993 esa línea

de trabajo, en el marco de una colaboración

entre la empresa Bayer

y varias universidades alemanas.

Insertaron el gen de la estilbeno sintasa,

proveniente de la vid, en tabaco

transgénico. Adquirió éste una

mayor resistencia a la infección por

el hongo
Botrytis cinerea.

En experimentos más recientes,

desarrollados en el laboratorio de

Brian McGonigle, de la compañía

Du Pont, se logró la síntesis constitutiva

de glucósidos del isoflavonoide

daidzeína, un miembro de las

fitoalexinas del tipo pterocarpano

de leguminosas, en células en cultivo

de maíz, una monocotiledónea.

El gen introducido, de la enzima

isoflavona sintasa, provenía de

la soja, una dicotiledónea.

Lo propio y lo ajeno

Ante la invasión de tejidos vegetales

por un microorganismo foráneo,

la respuesta defensiva inducible más

temprana es la muerte celular controlada.

Esta “respuesta hipersensible”

de las células vegetales ocurre

en aproximadamente 24 horas después

que la planta percibe un patógeno

potencial. Se trata de un fenómeno

conocido desde hace varios

decenios. Comparte características

generales con la apoptosis, o muerte

celular programada. El objetivo de

esta apoptosis en la zona en la que

se ha detectado la penetración de

un microorganismo patogénico es

el de aislar al invasor.

En una suerte de equivalente biológico

a una estrategia de “tierra quemada”,

el fenómeno consiste en retirar

los nutrientes al atacante, aislar

el área por medio del refuerzo mecánico

de las paredes celulares de células

circundantes y secretar fitoalexinas

en la zona aislada. Estos

mecanismos resultan eficaces en el

caso de fitopatógenos que no son

necrotróficos, es decir, aquellos cuyas

toxinas propias provocan la

JORGE M. VIVANCO, ERIC COSIO, VICTOR M. LOYOLA-VARGAS Y HECTOR E. FLORES

OH

Tr
ans-resveratrol (vid)

E
stilbeno

Rhi
sitina (patata)

L
actona sesquiterpénica

Gliceolin
a I (soja)

Pteroc
arpano

F
alcarinol (tomate)

Poli
acetileno alifático

Aventr
anamida (avena)

Amid
a de hidroxicinamato

y
antranilato

C
amalexina (Arabidopsis thaliana)

Indol ti
azólico

OH

OH

OH

OH

HO

HO

HO

HO

HO O

N

S

N

H

CH
3

O

O

O

N

H

O

2. Las fitoalexinas son de naturaleza química muy heterogénea.

3.
Catharanthus roseus, que produce alcaloides bisindólicos en sus hojas usados para

combatir el cáncer.

muerte celular, secretan enzimas digestivas

que permiten al invasor

aprovechar los nutrimentos liberados

del tejido muerto o producen

ambos efectos.

Los mecanismos de defensa inducibles

requieren sistemas de percepción

de microorganismos invasores

que permitan activar los genes

implicados en la respuesta defensiva.

Lo mismo que en nuestro sistema

inmunitario, este sistema de

percepción debe hallarse capacitado

para distinguir lo propio de lo ajeno.

Tales equivalentes vegetales a los

antígenos del sistema inmunitario recibieron

el nombre de “inductores”.

El primer inductor caracterizado

en plantas fue una proteína de bajo

peso molecular, monilicolina A, aislada

del hongo
Monilinia fructicola

por Cruickshank y Perrin en

1968. Desde entonces se han identificado

numerosos inductores de

naturaleza química diversa, con un

denominador común: causan, de manera

específica, la inducción de genes

implicados en reacciones de

defensa.

No hemos de olvidar, ciertamente,

que las plantas carecen de sistemas

de inmunidad celular y humoral propios

de células u organismos animales;

carecen también de los sistemas

circulatorios que los harían

posibles. Ahora bien, de ahí a concluir

que los animales y las plantas

poseen estrategias defensivas distintas

media un abismo. Sea por

procesos evolutivos de un antepasado

común, sea por evolución convergente,

plantas y animales parecen

poseer mecanismos similares de

“inmunidad intrínseca”, es decir, la

primera línea de reconocimiento de

lo ajeno al organismo.

Este mecanismo de defensa corresponde

al que en comienzo se llamó,

en las plantas, resistencia antihuésped

(“non-host resistance”).

Se trata de una respuesta defensiva

de tipo general contra microorganismos

que no son patógenos específicos

de la planta en cuestión.

A estos mecanismos intrínsecos hemos

de añadir los de “inmunidad

adaptativa” en animales o los de

“resistencia de gen por gen” en los

vegetales.

Los sistemas de inmunidad intrínseca

no se ordenan al reconocimiento

específico de patógenos del organismo,

que poseen estrategias para

poder evitar ser detectados por el

organismo hospedante, sino a la percepción

de factores cuya naturaleza

química indica la presencia de

microorganismos potencialmente nocivos

por mecanismos oportunistas.

Estos factores, que representan

la mayoría de los inductores aislados

hasta el momento, pueden ser

polisacáridos, proteínas o peptidoglucanos,

localizados extracelularmente

o en la superficie del hospedante;

difieren poco entre grupos

de patógenos.

En la terminología actual, los inductores

se llamarían PAMP (de

las siglas en inglés de “patrones moleculares

asociados a patógenos”).

Los PAMP se unen a receptores de

reconocimiento de patrones (PRR),

que operan en la transducción de la

señal y en la activación de genes

de la célula vegetal comprometidos

en las tareas de defensa.

Esta síntesis de las teorías de

mecanismos defensivos esenciales

en organismos multicelulares nos ha

permitido contemplar el campo de

las defensas inducibles desde una

perspectiva unificada.

Respuestas locales y sistémicas

La respuesta de defensa se manifiesta

en dos niveles. Ambos se inician,

directa o indirectamente, con

la percepción de un PAMP por un

PRR (o el producto de un gen específico

de un patógeno y su receptor

correspondiente en la planta

en las interacciones del tipo genpor-

gen).

El primer nivel de respuesta es

local, implica la síntesis de fitoalexinas

y puede o no incorporar el elemento

apoptótico de “respuesta hipersensible”.

Los efectos posteriores

son sistémicos, se manifiestan a distancia

y vienen instados por la señalización

secundaria producida por

las células apoptóticas o células que

han activado genes defensivos.

Las respuestas secundarias preparan

a tejidos y órganos para defenderse

de un proceso infectivo.

Tales reacciones comprenden una

elevación de los niveles de toxinas

defensivas constitutivas, de receptores

de patógenos y de reforzamiento

estructural de paredes celulares

en tejidos. El proceso determina

un cambio substancial en el perfil

metabólico de las células activa-

I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005 71

O

O

O

O

H
3CO

O

O

Fl
avonas secretadas por los tricomas

de
Primula auricula

OH

E. WOLLENWEBER, UNIV. DE DARMSTADT (fotografías ) ;

JORGE M. VIVANCO, ERIC COSIO, VICTOR M. LOYOLA-VARGAS Y HECTOR E. FLORES

4. Exudados foliares compuestos de flavonas disueltas en una matriz de terpenoides recubren

la superficie de las hojas de
Primula auricula y representan una estrategia defensiva

de tipo constitutivo bastante común. Las flavonas son segregadas por los tricomas

glandulares de la superficie de las hojas.

das, con su repercusión consiguiente

en la menor productividad de la

planta.

Cuando están dirigidas contra

patógenos, ese tipo de respuestas

constituye lo que se ha dado en llamar

“resistencia sistémica adquirida”

(SAR) o “resistencia sistémica

inducida” (ISR). Pese a las pruebas

iniciales obtenidas por el grupo de

Pieterse, de la Universidad de

Utrecht, que distinguía estos dos

fenómenos por sus señales químicas,

se les tiende a usar aún de manera

intercambiable. (Se debate hoy

si “cebar” artificialmente a las plantas

resulta más rentable que aplicar

plaguicidas a los cultivos.)

La señalización sistémica secundaria

se caracteriza por su complejidad.

Intervienen el metabolismo

secundario y el patrón bioquímico

de los lípidos de membrana. A ese

nivel, la señalización, de índole preferentemente

general, se comparte

entre las respuestas defensivas ante

la agresión de microorganismos y

ante herbívoros.

Todas las vías de la señalización

identificadas contienen elementos

volátiles. Al parecer, cumplen éstos

una función de transmisión de

la información en el seno de la propia

planta y entre plantas distintas.

Los tres elementos principales abordados

han sido, en orden cronológico,

etileno, ácido salicílico y su

éster metílico y el ácido jasmónico

y su éster metílico. Este último forma

parte de un sistema extenso de mensajeros

intracelulares e intercelulares,

incluido el metabolismo de lípidos

de membrana; dentro del sistema

se siguen identificando nuevas

señales moduladoras.

El etileno es la única hormona

volátil específica de las plantas. Se

descubrió en los albores de la fisiología

vegetal, junto con las auxinas

(derivados del triptófano). Su

carácter de mensajero en tareas defensivas

se halló, sin embargo, en

fecha muy reciente. La emisión de

etileno por tejidos vegetales dañados

permite la activación sistémica

de genes defensivos en tejidos sanos

distantes de la zona dañada o

de plantas alejadas que podrían estar

expuestas al mismo agente invasor

o herbívoro.

Bart Geraats, del laboratorio de

Kees van Loon en la Universidad

de Utrecht, ha obtenido pruebas de

la participación decisiva del etileno

en la resistencia contra patógenos.

Trabajando con plantas de

tabaco insensibles al etileno, mostraron

éstas una susceptibilidad al

ataque de patógenos muy alta en

comparación con fenotipos silvestres.

Más aún, sólo podían cultivarse

en condiciones asépticas. Y lo que

reviste mayor interés, la aplicación

de activadores químicos sintéticos de

SAR, tales como el benzotiadiazol

(BTH), que inducen esta resistencia

adquirida, no incrementaba la

resistencia en este genotipo insensible

al etileno.

Otro mensajero volátil es el éster

metílico del ácido salicílico (un

precursor de la aspirina). La inducción

de la producción de esta

señal sigue un mecanismo similar

al del etileno. La emisión del éster

sirve, además, como señal para cierto

tipo de depredadores de insectos

herbívoros. Mediante esa estrategia

fascinante, la planta recluta ayuda

externa y, al propio tiempo, revela

a otras plantas la presencia de un

patógeno o un predador. El metil

salicilato es también un compuesto

de funcionalidad versátil. Además

de agente de señalización, participa

en interacciones alelopáticas.

Tal vez la vía de señalización más

compleja conocida entre las plantas

corresponda a la tendida por lipasas

y lipoxigenasas en las membranas

celulares. La oxidación y

degradación controlada de ácidos

grasos insaturados de 18 carbonos

de longitud de cadena inicia la ruta

de los octadecanoides, u oxilipinas,

que tiene una serie de variantes.

Entre éstas, el ácido jasmónico, cuyo

éster metílico es un componente frecuente

del aroma de algunas flores.

(Se usa en perfumería.)

La función del metiljasmonato

en la inducción de genes relacionados

con la defensa fue descubierta

a finales de los años ochenta por

Clarence Ryan y Edward Farmer,

entonces en la Universidad de Washington.

Su identificación permitió

la progresiva elucidación de una

compleja vía de señales que comprende,

aparte del jasmonato, una

variedad de aldehídos volátiles, derivados

de ácidos grasos por peroxidación

y escisión de la cadena

alifática y llamados “volátiles C6”,

componente primario de la emisión.

De manera similar al ácido

salicílico, estos compuestos cumplen

una función preponderante en

las interacciones no sólo con microorganismos,

sino también con

herbívoros.

Interacciones entre planta

e insecto

Para percibir la presencia de insectos

herbívoros, las plantas se valen

de las secreciones orales del

artrópodo. Entre las defensas vegetales

directas inducidas por los

herbívoros destaca la producción de

metabolitos secundarios tóxicos o

repelentes y de moléculas volátiles.

Estas desempeñan también un

importante papel en la defensa indirecta

de la planta.

Algunos compuestos volátiles

parecen ser comunes a muchas especies;

encontramos entre ellos

aldehídos, alcoholes, ésteres y terpenoides.

Otros compuestos fitoquímicos

tienden a ser, por contra,

específicos de cada especie. Los hay

que sirven para atraer depredadores

y parásitos que destruyan a los herbívoros

agresores; en otras palabras,

ciertas especies vegetales reclaman

la ayuda de otros artrópodos.

En algunos casos más complejos,

la porción de ácido graso de ciertos

compuestos, como la volicitina,

sufre una modificación en el intestino

de los insectos, que termina en

la emisión de compuestos volátiles;

éstos atraen parásitos del insecto y,

por tanto, defienden a la planta.

72 I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005

5. Fotografía del áfido
Diuraphis noxia

caminando sobre las raíces de
Arabidopsis

thaliana
.

JORGE M. VIVANCO, ERIC COSIO, VICTOR M. LOYOLA-VARGAS Y HECTOR E. FLORES

Las plantas dañadas emiten diferentes

mezclas de compuestos volátiles

específicas del herbívoro. (Las

avispas parasitarias, por ejemplo,

pueden distinguir entre los componentes

volátiles de la mezcla.) No

sólo la actividad herbívora de los

insectos provoca la liberación de

atractores para parasitar a los depredadores,

sino que también la oviposición

induce dicha liberación. La

liberación de sustancias volátiles por

las plantas reduce la herbivoría hasta

en un 90 %.

Los flavonoides modulan la ingestión

y el desarrollo de la oviposición

en los insectos. La enzima polifenoloxidasa

cataliza la oxidación

de metabolitos secundarios fenólicos,

resultando en quinonas sumamente

reactivas, que se polimerizan

en una goma que atrapa a los insectos

o reduce la calidad nutricional

de las proteínas. El ataque por

insectos induce, asimismo, la síntesis

de proteasas de cisteína en maíz.

La identificación de mecanismos

de respuesta hipersensible contra insectos

en varias familias de plantas

respalda la hipótesis que admite una

amplia distribución de tales mecanismos

de defensa entre los vegetales.

Muchos metabolitos secundarios

podrían resultar tóxicos para

los herbívoros no adaptados y obligar

a los adaptados a invertir una

gran cantidad de recursos en su detoxificación.

¿Cómo distinguen las plantas

entre mordidas y heridas?

Los insectos herbívoros producen

inevitablemente una herida en la

planta hospedante. Por eso, las plantas

despliegan sus mecanismos de

respuesta cuando entran en contacto

con los insectos.

Algunos resultados sugieren que

las vías de transducción de señales

responden ante los insectos de manera

distinta de como operan ante

un estrés mecánico. La mayoría de

los insectos herbívoros causan un

grave daño a los tejidos vegetales

de los que se alimentan. Pero muchos

insectos del orden Homoptera

se limitan a succionar el contenido

vascular; para ello, insertan un estilete,

circunscribiendo así la agresión

celular y minimizando la inducción

de la respuesta de herida.

Los insectos agresores activan tanto

las defensas locales como sistémicas,

mediante vías de señalización

en las que toman parte la sistemina,

el jasmonato, el ácido galacturónico

y el peróxido de hidrógeno.

Entre los componentes claves de la

respuesta inducida se numeran los

genes del estrés oxidativo, señales

dependientes de calcio y mecanismos

relacionados con la patogenicidad.

La sistemina es un mensajero químico

implicado en la transducción

de señales instada por la mordida

de un insecto en la planta. Induce

una cascada de señales basada en

oxilipinas, que involucra la producción

de jasmonato; este metabolito

lidera el sistema de defensa contra

insectos herbívoros, que incluye la

inducción de inhibidores de proteasas,

compuestos fenólicos y polifenoloxidasas.

I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005 73

α
-Hidroperóxidos

Hidroperóxidos

Acido linoleico o linolénico

Eter divinílico

Comp
uestos ciclizados

Epoxi-
alcohol

LOX

PIOX

OOH

COOH

COOH

P450

R

R

R COOH

CHO

Hidróxido
s

Hidróxido
s

Oxo-ácido

Aldehído

R'

R'

R R'

R'

R'

R

R

R

O

O

O

O

OH

OOH

OOH

OH

6. Biosíntesis de oxilipinas.

JORGE M. VIVANCO, ERIC COSIO, VICTOR M. LOYOLA-VARGAS Y HECTOR E. FLORES

En la respuesta sistémica adquirida

interviene la acción de la fenilalanina

amonioliasa. Esta enzima

cataliza el primer paso en la

biosíntesis de los fenilpropanoides

y la producción de ácido salicílico

(un derivado de esta vía), el cual

regula los niveles de metabolitos

laterales de la vía de los fenilpropanoides,

tales como el ácido clorogénico.

A su vez, los productos

laterales modifican el sabor y la

disponibilidad de la planta para

los insectos.

Existe una estrecha relación entre

los niveles de ácido jasmónico

y los de ácido salicílico. Según parece,

los niveles elevados de salicilato

inhiben la síntesis de ácido

jasmónico y la capacidad de la planta

para responder a las señales provenientes

de una herida. Pero el ácido

jasmónico bloquea la capacidad del

ácido salicílico para producir proteínas

inducidas por patógenos.

En respuesta a la herbivoría se

genera una acumulación de transcriptos

distinta de la formada ante

el daño mecánico. El ácido jasmónico

desempeña un papel central

en la acumulación de transcriptos

en plantas expuestas a herbívoros.

Un estudio de microhileras en

Arabidopsis thaliana
mostró que más

de 700 ARNm son afectados durante

la respuesta a los herbívoros. En

Nicotiana attenuata,
alrededor de

500 ARNm están involucrados en

la respuesta a los insectos. Mediante

la técnica de despliegue diferencial

y la reacción en cadena de la polimerasa,

se ha determinado que la

agresión de
Manduca sexta sobre

N. attenuata
provoca la respuesta

de más de 500 genes.

Inhibidores de proteasas

Los inhibidores de proteasas fabricados

por las plantas son pequeñas

proteínas que contribuyen a la defensa

contra insectos. Al bloquear

la síntesis de proteasas intestinales,

frenan el crecimiento y provocan

la muerte por ayuno. Los inhibidores

de proteasas bloquean

las proteasas de serina, cisteína y

aspartato, así como a las metalocarboxipeptidasas.

Estos inhibidores

se encuentran principalmente en

los granos y tejidos de reserva de

las plantas; alcanzan concentraciones

bastante altas (5-15 % de la proteína

total).

En respuesta a las señales desencadenadas

durante la producción

de una herida, los inhibidores de

proteasas no sólo se sintetizan localmente,

sino también a distancia.

Las señales que induce esta

síntesis incluyen algunos oligosacáridos,

señales eléctricas, ácido

abscísico y sistemina, un pequeño

péptido de 18 aminoácidos. La acumulación

sistémica de inhibidores

de proteasas en las partes no heridas

decae con la edad; no se observa

en plantas maduras. Por ello,

se ha sugerido que la función de

estos péptidos en los sistemas de

defensa podría estar restringida a

una ventana de desarrollo bastante

estrecha. Sin embargo, la respuesta

local persiste a lo largo de la vida

de la planta.

Algunos insectos recurren a estrategias

diversas para eludir la defensa

vegetal: incrementan su actividad

proteolítica, inducen enzimas

proteolíticas insensibles a los inhibidores

de proteasas o expresan proteasas

que degradan específicamente

a los inhibidores de proteasas producidos

por las plantas y para las

cuales no tiene inhibidores.

Además, algunas poblaciones de

insectos varían genéticamente en

su tolerancia a los inhibidores de

proteasas. De hecho, los insectos

pueden desarrollar con suma celeridad

tolerancia a los inhibidores

de proteasas, a partir incluso de fuentes

nuevas.

Respuestas de los herbívoros

Como resultado de la coevolución,

los insectos herbívoros se han adaptado

a las defensas de las plantas.

Observamos así que los coleópteros

y los lepidópteros hacen frente

a la presencia de los inhibidores de

proteasas mediante la síntesis de

proteasas insensibles a la inhibición.

Se trata de una capacidad característica

de la especie.

Muchos insectos se hallan dotados

para detoxificar metabolitos secundarios;

para ello, se sirven de

monooxigenasas citocromo P450 y

glutatión
S-transferasas. Otros insectos

secuestran las defensas químicas

de las plantas y las aplican

contra sus propios depredadores. Un

caso típico de esta estrategia nos

lo ofrece la mariposa monarca

(
Danaus plexippus), cuyas orugas

secuestran cardenólidos de las plantas

del género
Asclepias que consumen

y los incorporan a su organismo

hasta en la etapa adulta. Estos

compuestos son tóxicos para las

aves depredadoras. Las mariposas

aposemáticas, con su coloración llamativa,

advierten a sus potenciales

agresoras del posible contenido tóxico

de sus cuerpos. Dentro del

juego interminable de la evolución

74 I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005

7.
Datura stramonium, que produce alcaloides derivados del tropano en sus raíces.

JORGE M. VIVANCO, ERIC COSIO, VICTOR M. LOYOLA-VARGAS Y HECTOR E. FLORES

y adaptación, otros insectos se sirven

de su capacidad para suprimir

la respuesta de defensa asociada con

la herida.

Perspectivas

Con frecuencia se proponen métodos

de control biológico como alternativa

a los insecticidas sintéticos,

para así reducir su impacto en

el medio agrícola. En este contexto,

se confía en los enemigos naturales

de las plagas para limitar el daño

ocasionado a los cultivos. Sin embargo,

no debe olvidarse que los

organismos viven en un contexto

multitrófico, basado en interacciones

quimiobiológicas, y han evolucionado

en ese trasfondo. Por lo

tanto, dicha medida, aunque deseable,

conlleva complejidades y quizá

sorpresas.

Los progresos alcanzados en el

conocimiento de las respuestas inducidas

en las plantas y su regulación,

junto con la revolución en

genómica y proteómica, prometen

replantear la investigación en este

campo para encaminarla hacia la

explotación predecible de los mecanismos

de resistencia endógena.

Para comprender las interacciones

planta-microorganismo-insecto en

la naturaleza y en los ecosistemas

agrícolas, se requiere mayor información

sobre la fisiología y la genómica

de los insectos y sobre su

genética poblacional. Una información

que revestirá particular interés

para reducir la velocidad a la

cual los insectos herbívoros adquieren

tolerancia natural a las plantas

transgénicas.

El etileno y los ácidos salicílico

y jasmónico no activan los sistemas

de defensa de la planta en

forma independiente a través de

cascadas lineales, sino a través de

complejas redes metabólicas y genéticas

que determinan respuestas

específicas. El conocimiento de estas

interacciones puede aplicarse en

el futuro a un diseño racional de

plantas transgénicas con resistencia

a las enfermedades y a los insectos.

I
NVESTIGACIÓN Y CIENCIA, febrero, 2005 75

Jorge M. Vivanco, Eric Cosio, Víctor M. Loyola-Vargas
y Héctor E. Flores investigan

los mecanismos de defensa de las plantas desde distintos enfoques. Vivanco,

profesor de la Universidad estatal de Colorado, se ha centrado en las interacciones

entre las plantas y otros organismos. Cosio, docente en la Pontificia Universidad

Católica del Perú en Lima, trabaja en bioquímica y fisiología de productos naturales

de las plantas. Loyola-Vargas se ha consagrado desde hace varios años a los metabolitos

secundarios de plantas en el Centro de Investigación Científica de Yucatán. Flores,

decano de la facultad de ciencias de la Universidad estatal de Arkansas, investiga

la bioquímica y biología de las raíces de plantas alimenticias y medicinales.

T
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Immunological Reviews,

vol. 198, págs. 249-266; 2004.

Los autores

Bibliografía complementaria

Un volúmen de 22
× 23,5 cm

y 255 páginas, profusamente

ilustrado en negro y en color.

SUMARIO

Historia natural

del tamaño

Proporciones y tamaño

Física de las dimensiones

Biología de las dimensiones

Ser grande

Ser pequeño

Ecología del tamaño

TAMAÑO Y VIDA

THOMAS A. McMAHON Y JOHN TYLER BONNER