La dura caparazón del escarabajo y la robusta armadura del cangrejo deben su fuerza a un compuesto llamado quitina pronunciado "KAI-estaño", uno de los materiales naturales más resistentes conocidos y también uno de los compuestos biológicos más comunes en la Tierra.Los ratones de los científicos de UC San Francisco muestran que los pulmones secretan una enzima especializada capaz de destruir la quitina, sin la cual las partículas de quitina inhaladas del ambiente pueden acumularse en las vías respiratorias y desencadenar una enfermedad pulmonar inflamatoria.
Los insectos, mohos y gusanos parásitos, todas fuentes comunes de alergias o inflamación, producen miles de millones de toneladas de quitina al año. Las enzimas especializadas para descomponer y eliminar la quitina, llamadas quitinasas, evolucionaron muy temprano en la historia de la vida,y son compartidos por la mayoría de los seres vivos, desde bacterias y hongos unicelulares hasta humanos. Sin embargo, la función de estas enzimas en los mamíferos que no producen quitina por sí mismas ha sido un misterio para la ciencia.
En un nuevo estudio, publicado en línea el 20 de abril de 2017, en Celda - los investigadores en el laboratorio de Richard M. Locksley, MD, el Profesor Distinguido Marion y Herbert Sandler en Investigación de Asma en UCSF, han demostrado que los ratones que carecen de enzimas destructoras de quitina pronto acumulan quitina en sus pulmones, incluso en entornos de laboratorio desinfectadosEstos ratones continúan desarrollando enfermedad pulmonar inflamatoria severa con la edad, pero el equipo también descubrió que podían restaurar drásticamente la función pulmonar en estos ratones enfermos reemplazando las enzimas quitinasas faltantes, genéticamente o con medicamentos, un hallazgo que puede tener implicaciones paraComprender y tratar la enfermedad pulmonar relacionada con la edad en humanos.
"Estamos muy emocionados de ver que mejorar la actividad de quitinasa eliminó rápidamente los signos de enfermedad pulmonar inflamatoria crónica en estos ratones", dijo Locksley, quien es el autor principal del nuevo estudio. "Hasta donde sabemos, esta es la primera demostraciónque las quitinasas juegan un papel clave en la preservación de la función pulmonar en los vertebrados "
El estudio fortalece el vínculo entre la quitina y la enfermedad pulmonar fibrótica relacionada con la edad
Muchos tejidos desarrollan tejido cicatricial fibroso como parte de su respuesta normal a la lesión. Estas cicatrices generalmente desaparecen con el tiempo, pero la irritación crónica y la inflamación pueden provocar cicatrices extensas en los órganos, conocidas como fibrosis, que nuestros cuerpos tienen cada vez más problemas para reparar.edad. Muchos investigadores consideran que la fibrosis es un factor de riesgo subyacente central para muchas enfermedades del envejecimiento y, con el tiempo, puede provocar que los órganos fallen por completo. En el caso de la enfermedad pulmonar fibrótica, que actualmente se estima que afecta a decenas de miles de estadounidensesy parece estar aumentando a medida que la población envejece: los investigadores sospechan que toda una vida de exposiciones ambientales desencadenan inflamación crónica y fibrosis del tejido pulmonar. El daño tisular resultante con frecuencia conduce a la muerte dentro de cinco a 10 años después del diagnóstico.
Investigaciones previas realizadas por el laboratorio de Locksley habían demostrado que la quitina puede desencadenar inflamación pulmonar en ratones, y los investigadores sospecharon que la inhalación crónica de partículas de quitina durante toda la vida a través de la exposición a los ácaros del polvo o al moho, por ejemplo podría desempeñar un papel importanteen la enfermedad pulmonar fibrótica relacionada con la edad en humanos.
En el nuevo estudio, que fue encabezado por el investigador postdoctoral Steven Van Dyken, PhD, los investigadores mostraron que las células especializadas que recubren las vías respiratorias de los ratones producen una enzima quitinasa llamada AMCase, que parece desempeñar un papel clave en la prevención de la acumulación de quitina en el ratónpulmón. En ratones genéticamente modificados para carecer de esta enzima, la quitina se acumula espontáneamente en las vías respiratorias y desencadena una respuesta inmune inflamatoria crónica, así como desencadenar vías de estrés celular que previamente se han relacionado con la enfermedad pulmonar en humanos.
Debido a que la quitina es tan omnipresente en el medio ambiente, los investigadores no tuvieron que tomar medidas especiales para exponer a los ratones al compuesto, incluso en entornos de laboratorio altamente desinfectados, dijo Van Dyken :
"La quitina es una partícula ambiental muy común y muy resistente que se encuentra en nuestros hogares y lugares de trabajo. Nuestros resultados muestran claramente que este material entra naturalmente en los pulmones y, en ausencia de enzimas de quitinasa que son capaces de descomponerlo, se acumula"Con el tiempo, la acumulación de quitina puede enfermar a los animales de una manera muy parecida a la enfermedad pulmonar fibrótica humana".
la enzima de eliminación de quitina podría ayudar a los pacientes con enfermedad pulmonar fibrótica
Los investigadores descubrieron que los ratones jóvenes podían tolerar la inflamación provocada por la quitina sin mostrar signos de disfunción pulmonar, pero como adultos, estos ratones experimentaron un deterioro rápido de la salud, incluidos muchos signos de enfermedad pulmonar fibrótica avanzada. Como resultado, los ratones que carecían de AMCase murierona una edad dramáticamente más joven que los ratones de control. Sin embargo, los investigadores también descubrieron que los síntomas de la enfermedad pulmonar en estos ratones podrían desaparecer rápidamente restaurando la actividad de quitinasa genéticamente o con medicamentos.
El equipo también estudió a humanos con enfermedad pulmonar inflamatoria y encontró niveles elevados de quitina en sus pulmones. Descubrieron que los humanos también producen AMCase, aunque a niveles considerablemente más bajos que los ratones de laboratorio. Los investigadores no encontraron evidencia de que la actividad de quitinasa fuera menorde lo normal en pacientes con enfermedad pulmonar inflamatoria, pero plantean la hipótesis de un ciclo vicioso en el que la fibrosis pulmonar asociada al envejecimiento daña la capacidad natural del pulmón para usar AMCase y posiblemente otras quitinasas para eliminar la quitina, lo que permite aumentar la acumulación de quitina para exacerbar aún más la inflamación y la fibrosis pulmonar.
Los nuevos hallazgos sugieren que mejorar la actividad de quitinasa con medicamentos podría ser un tratamiento útil para pacientes con enfermedad pulmonar inflamatoria, dijeron los autores.
"Estamos entusiasmados con el potencial para usar estas nuevas ideas para ayudar a encontrar nuevos tratamientos para los brotes o el empeoramiento de la enfermedad pulmonar donde las personas se enferman muy rápidamente", dijo Van Dyken. "En este momento, realmente no hay nada bueno"tratamientos, por lo que si las dosis adicionales de quitinasa podrían ayudar o disminuir los síntomas de la enfermedad pulmonar fibrótica, estamos realmente ansiosos por trabajar para hacer que dicho tratamiento esté disponible ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Francisco . Original escrito por Nicholas Weiler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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