Existen pocas investigaciones sobre placenta humana a nivel mundial y una de ellas se lleva a cabo
en el departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina de la UNAM, con la finalidad de
ayudar, en lo futuro, a los médicos especialistas en el área de la ginecoobstetricia en el conocimiento
de las células del trofoblasto, que son las células activas de la placenta, para que puedan, a la vez,
planear estrategias tanto clínicas como farmacológicas en mujeres embarazadas con amenaza de
aborto.
Este proyecto titulado Estructura y función de las membranas biológicas en relación con la
bioenergética, está encabezado por el doctor Federico Martínez Montes, investigador del
departamento de Bioquímica y miembro del Sistema Nacional de Investigadores, nivel I. Colaboran
también, el doctor Juan Pablo Pardo, Oscar Flores Herrera, estudiante de doctorado; la Maestra Aída
Uribe; las tesistas de maestría Ma. Teresa Espinosa García y de licenciatura Juana Navarrete Corona
y, en lo futuro Rebeca Milán, quien se encuentra iniciando sus trámites de ingreso a la maestría en
la Facultad de Química.
El primer objetivo de este proyecto de investigación pretende conocer el mecanismo de regulación
de la síntesis de ATP y de la progesterona en mitocondrias de placenta humana a término.
Se sabe que las mitocondrias, en general, realizan el consumo de oxígeno o respiración a través de
una cadena de transporte de electrones, la cual está asociada a la síntesis de ATP. Estos dos
fenómenos se llevan a cabo en la membrana interna mitocondrial, a través de un acoplamiento entre
ambos; es decir, la síntesis de ATP no se da si no hay respiración. El ATP es el compuesto químico
que producen las células y permite realizar tanto funciones de biosíntesis, transporte o movimiento
celular. Sin embargo, la producción de ATP no es la única función que tienen asignadas las
mitocondrias, ya que dependiendo del tejido, las mitocondrias podrán mostrar otras funciones, como
es el caso del tejido pardo, que permite el desaco- plamiento entre la cadena respiratoria, liberando
su energía en forma de calor cuando una persona se expone al frío. Por ejemplo, en los tejidos
esteroidogénicos, como la placenta humana, la transformación de colesterol en hormonas esteroideas
se realiza a nivel mitocondrial.
En caso de la placenta, se ha descrito que la mayoría de su energía química en forma de ATP la
obtiene de la degradación de la glucosa y no necesariamente de la mitocondria, por lo que el número
de éstas es menor en las células del trofoblasto en comparación con los hepatocitos de rata. Sin
embargo, las mitocondrias presentes en la placenta humana sintetizan cantidades considerables de
ATP, pero al mismo tiempo estas mitocondrias tienen la función de sintetizar progesterona, la cual
proviene del colesterol materno, una hormona vital sin la cual el embarazo no puede llegar a término.
Es importante mencionar que tanto para la síntesis de ATP como para la producción de progesterona,
las mitocondrias de la placenta emplean sustratos comunes. De ahí, parte el interés del doctor
Martínez y su equipo de colaboradores por conocer cómo estas dos vías mitocondriales se regulan,
ya que desconocen los mecanismos celulares que indican en qué momento los sustratos alimentan
la síntesis de ATP y en qué momento la transformación del colesterol en progesterona.
Se sabe que la placenta es el único tejido esteroidogénico que no responde de manera aguda a
estímulos hormonales, como sucede con el testículo, el ovario o las suprarrenales; sin embargo, nadie
conoce ni el estímulo ni la vía que mantiene la producción constante de progesterona durante el
embarazo, la cual alcanza valores muy elevados. "Si por cualquier circunstancia disminuyen los
niveles en la circlación materna de progesterona, se presentará una amenaza de aborto; por ejemplo,
en el último trimestre del embarazo, la producción de este esteroide es de 750 miligramos diarios
(en la mujer no embarazada los niveles de progesterona sanguínea están en el intervalo de
picogramos), lo cual indica una actividad placentaria intensa en la producción de progesterona".
Por otra parte, la placenta realiza el transporte de todos los nutrientes que requiere el producto, y en
esta actividad consume grandes cantidades de ATP, ya que hasta el momento, los sistemas de
transporte de nutrientes de la madre hacia el feto consumen energía en forma de ATP. Esta actividad es muy importante, sobre todo en el último trimestre del embarazo, en donde el producto
incrementa exponencialmente su crecimiento. "Sin embargo, durante este periodo se tiene una
actividad intensa mitocondrial en la transformación de colesterol en progesterona, pero a la vez, se
tienen múltiples sistemas de transporte que requieren ATP, el cual se sintetiza también en la
mitocondria; entonces, si estos dos procesos se encuentran exacerbados por la función que se realiza
en este tejido, ¿cómo es que se regulan?" En un primer acercamiento, el doctor Martínez y su grupo
de trabajo piensan que hay momentos en que se "apaga" la síntesis de progesterona y se estimula la
síntesis de ATP y a la inversa. Una segunda opción, es que ambas se encuentren estimuladas al
máximo, pero cual quiera que sea el mecanismo será necesario la existencia de un sistema de
regulación.
Para responder a esta interrogante, se aíslan mitocondrias de las vellosidades coriónicas de la
placenta, ya que contienen al trofoblasto, el cual se encuentra comunicado con las lagunas maternas
para obtener de ahí los nutrientes. El tejido se homogeneiza en un medio isotónico e isoosmótico y
por centrifugación diferencial se obtienen las mitocondrias. Este grupo ha desarrollado recientemente
una metodología para aislar una fracción mitocondrial del sinciciotrofoblato, que son las células
activas de la placenta, que miran hacia las lagunas maternas, a diferencia de las células del
citotrofoblasto que son inactivas y precursoras de las primeras.
En este laboratorio se ha descubierto una conexión entre la cadena respiratoria y la síntesis de
progesterona y por métodos espectrofomtricos se ha definido la presencia de un citocromo tipo b,
que podría funcionar como modulador entre estos dos procesos. Asimismo, se ha comenzado a
estudiar el papel del calcio como modulador de la actividad de varias enzimas del ciclo de Krebs,
ya que la placenta transporta cantidades elevadas de calcio a través de la placenta y este ion podría
modificar la actividad de las enzimas que participan en forma común en ambas vías metabólicas.
Hemos reportado que el transporte de calcio a nivel mitocondrial tiene características diferentes a
las observadas en otros sistemas mitocondriales. La cantidad de calcio que llega a la mitocondria es
elevado, ya que el producto requiere de este catión para el desarrollo y crecimiento de sus huesos.
Sin embargo, la mitocondria de la placenta muestra características especiales en el transporte de
calcio que protegen su integridad y su función.
La mitocondria de la placenta, para capturar calcio, requiere de concentraciones aproximadamente
10 veces más altas que las del hígado, por lo que el calcio no penetra a la mitocondria y es
preferencialmente transportado hacia el feto.
"Hemos observado, además, una oscilación en la reducción de NAD+ (nicotin adenin dinucleótido)
en presencia de concentraciones micromolares de calcio, un fenómeno que aún no hemos podido
definir. Sin embargo, estamos diseñando una estrategia para dar una mejor resolución del sistema
que se está empleando, y, por otro lado, buscamos alternativas que permitan definir el tipo de
esquema de trabajo que se tiene".
El segundo objetivo de este proyecto de investigación pretende detectar el papel de la hidrólisis de
los nucleótidos de adenina en las mitocondrias de placenta humana a término. Como se sabe, la
célula necesita realizar todas sus funciones con base en el ATP; por ello, tiene que salir de la
mitocondria y llegar al citoplasma, al núcleo o a cualquier sitio celular para ser utilizado. En las
mitocondrias aisladas de la placenta a término, el ATP no se libera. "Los resultados nos han
mostrado la presencia de una 5'-nucleotidasa asociada firmemente a las mitocondrias, la cual
reconoce al ATP y al ADP, a los que hidroliza. A pesar de que estos resultados podrían no tener
sentido, se ha reportado en otros tejidos que las nucleotidasas podrían participar en fenómenos,
como por ejemplo, la invasión celular", ya que se ha demostrado la participación de nucleotidasas
en algunos tejidos tumorales, donde éstas, al parecer, podrían estar modulando la invasión o no de
un tejido.
La placenta es un tejido invasivo. El blastocito, que es la estructura con células definidas, llega al
útero e invade el endometrio materno, lo que le permite implantarse para poder subsistir. Este
proceso, en algún momento, se detiene. En ese momento, "pensamos que la presencia de esa
nucleotidasa es para regular algún proceso de invasión del trofoblasto, pero estamos iniciando el
estudio de esta nucleotidasa en células tumorales de la placenta y determinar su posible participación
en este evento".
Por otro lado, existen en las mitocondrias de las glándulas suprarrenales, una GTPasa asociada a las
mitocondrias que se ha asociado al transporte de colesterol de la membrana externa hacia la
membrana interna mitocondrial, para dejar disponible el sustrato que será transformado en hormona
esteroidea.
Bajo estas dos posibilidades, se piensa que la nucleotidasa puede servir para mantener regulada la
invasión placentaria o para ayudar al transporte de colesterol. Para resolver esta incógnita, se está
trabajando en el aislamiento de esta enzima. Cabe señalar que el aislamiento de estas enzimas no es
fácil, ya que la asociación y relación que mantienen con los lípidos de la membrana es muy estrecha,
por lo que sólo se han purificado algunas enzimas de este género.
"Una vez obtenidas las mitocondrias, éstas se rompen por sonido para liberar la membrana interna,
que es donde se encuentra la nucleotidasa, y se recupera por centrifugación a muy alta velocidad. Es
muy fácil obtener las partículas submitocondriales, el problema es solubilizar a la nucleotidasa y
mantenerla activa, ya que la presencia de detergentes la desnaturaliza. Se ha logrado tener una
fracción enriquecida con la actividad de la nucleotidasa, en donde se determinaron algunos
parámetros de su cinética; pero aún así, se necesita llegar a la purificación para conocer a ciencia
cierta cuál es su papel fisiológico".
Hasta el momento se sabe que esta enzima hidroliza tanto nucleótidos púricos como pirimídicos y
sus parámetros cinéticos. Ahora se pretende determinar qué tanto la inhibición de su actividad puede
afectar la síntesis de progesterona. "Este estudio se realiza, en parte, para averiguar si la nucleotidasa
se encuentra relacionada con el transporte de colesterol; además, se planea hacer experimentos con
cultivos celulares, en este caso con una línea derivada de un cáncer placentario, denominados BeWo.
Queremos determinar en presencia de los inhibidores de la nucleotidasa, si las células pueden crecer
de manera normal en las cajas de cultivo, lo cual nos ayudará a conocer si también la nucleotidasa
participa en el fenómeno de invasión". En la actualidad, se encuentran en una segunda etapa de
purificación de la enzima a partir de la fracción enriquecida que ya se tiene y que permite abrir una
serie de preguntas: ¿cuánto afecta la síntesis de progesterona, así como la invasión de tejidos?
En el tercer y último objetivo, el doctor Federico Martínez persigue conocer el mecanismo de
transporte de colesterol de las mitocondrias de la placenta humana, en donde la información actual
es prácticamente nula. En las glándulas suprarrenales, se conoce que la estimulación por la hormona
adrenocorticotrófica (ACTH) despierta un estímulo al llegar a su receptor membranal, el cual activa
a la adenilato ciclasa que produce AMP cíclico, que estimula la actividad de varias proteínas, unas
con actividad de enzimas y otra de transporte. Una enzima activada es la colesterol estearasa que
hidroliza los ésteres de colesterol de sus depósitos, dejando al colesterol libre para ser transportado
a la mitocondria. Por otro lado, hay proteínas que favorecen los puntos de unión de las mitocondrias;
es decir, puntos donde se unen la membrana externa con la membrana interna. Estos son muy
complejos y aún no se determina con seguridad qué regula su aparición.
Son estos puntos de unión los que se han propuesto como la vía de internalización del colesterol para
ser transformado en hormona. Existen varias proteínas que se han descrito que participan en la
transferencia de colesterol a este nivel; sin embargo, la proteína que tiene mayor peso por la
evidencia mostrada corresponde a la denominada StAR (Steroidogenic Acute Regulatory protein),
descrita por los investigadores americanos Stocco, Miller y Strauss, quienes han encontrado
mutaciones del gen de ésta en pacientes que no son capaces de sintetizar hormonas esteroideas
(hiperplasia adrenal lipoide). "Estos investigadores lograron introducir el gen normal a las células
de uno de estos pacientes y observaron que las células transfectadas sintetizaban hormonas
esteroideas a niveles normales, demostrando que la proteína StAR es vital en el proceso de
transporte de colesterol a nivel mitocondrial. En el caso de la placenta, nadie ha podido describir una
proteína asociada al transporte de colesterol a nivel mitocondrial; sin embargo, la placenta sintetiza
cantidades industriales de progesterona, pero es lógico pensar que tenga un sistema presente que le
ayude a transportar el colesterol a su sitio de transformación. Se han hecho estudios con técnicas de
biología molecular para identificar la presencia de estas proteínas, pero los resultados han sido
negativos, entonces la pregunta es ¿cómo se transporta el colesterol en las mitocondrias de la
placenta? Para estudiar este fenómeno tan interesante, tenemos un modelo de hepatomas, el cual
tiene un defecto metabólico a nivel de la síntesis de colesterol, el cual sintetiza en grandes
cantidades y, que de manera curiosa, se acumula en la mitocondria. No se han podido dar
explicaciones a este evento, pero se ha propuesto que las mitocondrias, en condiciones de estrés,
como por ejemplo en el infarto, acumulan colesterol a nivel mitocondrial para evitar daño y resistir
la ausencia de oxígeno. En el caso de tumores, como el hepatoma, la presencia de oxígeno es bajo,
por lo que el incremento del esterol mitocondrial podría servir para mantener viva a la célula". Lo
que se sabe muy bien, es que en las mitocondrias hepáticas normales, los niveles de colesterol son
muy bajos, mientras que en otras membranas celulares, como la plasmática, la concentración de
colesterol es 10 veces mayor que en la mitocondria. Esto permite suponer que hay un mecanismo
que regula la distribución del colesterol en las diferentes membranas del hepatocito, una célula
que no es esteroidogénica; se supone que en las células de los hepatomas este mecanismo de
regulación se ha perdido y tiene estimulado el sistema de transporte de colesterol hacia la
mitocondria, por lo que es un buen modelo que se puede estudiar de manera paralela al transporte
de colesterol en las mitocondrias de la placenta humana. "El estudio simultáneo de estos dos
sistemas mitocondriales, la placenta y los hepatomas, nos permitirá conocer el mecanismo que regula
el transporte de colesterol a diferentes niveles".
Finalmente, estos tres puntos que plantea el doctor Federico Martínez, van a permitir conocer el
metabolismo de las células del trofoblasto, aunque no se prevé una conclusión en un corto tiempo,
ya que es un tema muy basto.
Es importante resaltar que gracias a un convenio de colaboración firmado entre nuestra Facultad, la
Fundación Rockefeller y la Universidad de Pensilvania, en 1994, el doctor Martínez mantiene una
estrecha relación científica con el doctor Jerome F. Strauss III, quienes en conjunto están estudiando
la morfología mitocondrial de las células del trofoblasto, así como la posible participación de
proteínas en el transporte de colesterol a este nivel. En este trabajo conjunto, han demostrado que
las mitocondrias del sinciciotrofoblasto son aproximadamente 10 veces menores que las del
citotrofoblasto, pero cuando se induce la transformación del citotrofoblasto a sincicio por la adición
del dibutirl-AMP cíclico, se observan cambios morfológicos importantes, asociados a los
funcionales. "En este proyecto trataremos de dar respuesta a esta relación de estructura-función de
las mitocondrias de la placenta, lo cual nos permitirá tener un mejor conocimiento del
funcionamiento de este órgano transitorio y del embarazo".
Asimismo, la Dirección General de Asuntos del Personal Académico y el Programa Latinoamericano
de Capacitación e Investigación en Reproducción Humana, apoyan económicamente el proyecto de
investigación Estructura y Función de las Membranas Biológicas en Relación con la Bioenergética,
además, se han generado, en este grupo de trabajo 17 artículos en revistas nacionales e
internacionales.