Este documento presenta una ponencia sobre el estrés del retículo endoplasmático (RE) en la diabetes mellitus. Se discute cómo el estrés del RE contribuye al desarrollo de complicaciones como la retinopatía y nefropatía diabéticas a través de mecanismos como la inflamación, apoptosis e interacciones con las vías metabólicas y de señalización. Finalmente, se explican posibles estrategias para el manejo clínico enfocadas en mitigar el estrés del RE.

1. X Congreso
Internacional de
Diabetes 2011
JOSE LUIS PAZ IBARRA
ENDOCRINOLOGO
UNMSM - HNERM

2. 1. Introducción
2. Estrés del RE en DM2
3. Estrés del RE e Inflamación
4. Estrés del RE y Enfermedad CV
5. Estrés del RE en Retinopatía diabética
6. Estrés del RE en Nefropatía diabética
7. Manejo de la DM y del Estrés del RE
8. Conclusiones

3.  IDF en el 2011:
 366 millones con DM.
 1 muerte por DM cada 7 segundos.
 DM2:
 Resistencia a la acción insulínica en algunos tejidos:
músculo, hígado y tejido adiposo
 Secreción alterada de insulina por las células B.
 Varios hallazgos sugieren que el desarrollo
de estas principales características estarían
asociadas con una disfunción mitocondrial
y/o con el estrés del RE.

4. FISIOLOGÍA
DEL RE
Una proteína recién
sintetizada puede
interaccionar con:
i) chaperonas (folding
factors) que
catalizan su
plegamiento,
ii) proteínas que
realizan el transporte
reverso al citosol para
su degradación en el
proteasoma (ERAD
factors) y
iii) proteínas que
facilitan la salida hacia
el ERGIC (escort and
guides) - Golgi.

6. Chaperonas y Chaperoninas
(Proteínas de Choque Térmico, Heat-shock proteins)
• Proteínasque acompañan a otras proteínas
estabilizando las formas inestables, actuando por
medio de uniones y desuniones controladas, facilitando
el ensamblado, la correcta unión de oligómeros, su
transporte a otro compartimento celular o la
disposición para su degradación.
• Aumentan el rendimiento de las reacciones de
ensamblado e involucran reacciones ATP-
dependientes.
• La cooperación entre diferentes chaperonas crea una
red sinérgica, para el plegamiento de las proteínas
celulares que mantiene la homeostasis bajo
condiciones no permisivas para los plegamientos
espontáneos. MEDICINA (Buenos Aires) 1999; 59: 477-486

7.  Es un imbalance entre la capacidad de plegamiento
proteico del RE y la demanda de síntesis proteica,
resultando en la acumulación de proteínas mal plegadas
(misfolded).
 Cambios en la disponibilidad del Ca2+, ATP, O2, o
agentes patógenos hacen que se liberen proteínas mal
plegadas o NO plegadas (unfolded proteins) (UP).
 Luego se pone en marcha un programa celular de
respuesta a UP (UPR) para mejorar el error.
 Este programa incluye:
 Transcripción de chaperonas (proteínas que atrapan a las UP).
 Reducción de la síntesis de nuevas proteínas
 Activación de la degradación de las UP en los proteosomas.

8. Los 3 sensores
de la
Respuesta a
Proteínas No
Plegadas (UPR)

9. Estrés del RE: Vías de Señalización
La Activación de UPR
involucra la transducción de
señales através de las vías
de IRE1, PERK y ATF.
1. La vía de IRE1 regula la
inducción de chaperonas y
ERAD en repuesta al estrés
del RE.
2. La vía de PERK através de su
acción sobre eIF2 y NRF2
influye la traducción general
y contribuye a la
supervivencia celular durante
el estrés del RE.
3. ATF6 actúa como un factor
de transcripción y regula
blancos importantes tales AARE, amino acid response element;
como BiP, XBP1 y CHOP. ANF, atrial natriuretic factor;
ATF, activating transcription factor;
CHOP, C/EBP homologous protein;
HAC1, homologous to ATF/CREB1;
NRF2, nuclear factor erythroid 2-related factor 2;
SRF, serum response factor.

10. Si UPR es incapaz de restaurar el balance de
plegamiento, el estrés del RE eventualmente
llevará a muerte celular (apoptosis)
ERAD, endoplasmic reticulum-associated degradation.

11. Emergencia de Enfermedades Metabólicas en Respuesta a
los Modernos Estilos de vida y el Envejecimiento
Circulation Research 2010, 107:579-591

12. Chakrabarti, Chen, Varner . A Review of the Mammalian Unfolded Protein Response Biotechnology and Bioengineering, 2011.

13.  La respuesta al estrés del RE está activada en
varios tejidos bajo condiciones relacionadas a
obesidad y DM2.
 El estrés del RE en el hipotálamo contribuye a la
inflamación y resistencia a la insulina y la leptina.
 El estrés del RE en el hígado contribuye al desarrollo
de esteatosis e IR, y los componentes de la UPR
regulan el metabolismo hepático de los lípidos.
 El estrés del RE en el tejido adiposo induce inflamación
y modifica la secreción de adipokinas; y las grasas
saturadas causan estrés del RE en el músculo.
 Finalmente, el estrés del RE prolongado altera la
síntesis de insulina y causa la apoptosis de la
célula B del páncreas.
Miriam Cnop, Fabienne Foufelle and Licio A. Velloso. Trends in Molecular Medicine (2011) 1–10

14.  La gran carga biosintética en el RE para la
producción de insulina en respuesta a la ingesta de
alimentos (glucosa) puede superar la capacidad de
plegamiento del RE, resultando en estrés del RE.
 Esto lleva la subsecuente activación de PERK y la
reducción de la síntesis proteica.
 En células PERK -/-, la síntesis proteica no responde
al estrés y lleva a la acumulación de proteínas no
plegadas (ie, proinsulina) y al final a muerte celular.
 Ratones PERK deficientes son más pronos a DM e
hiprglicemia progresiva (Harding et al., 2001).

15.  En DM2, el estrés del RE lleva a la fosforilación
mediada por JNK del IRS1 en S307 (Ozcan et al.,
2004). Lo que inhibe la acción de la insulina.
 El óxido nítrico (NO) es una pieza clave en la
muerte de la célula B en DM1 y complicaciones
vasculars en DM2. NO depleta el Ca2+ del RE
llevando a estrés del RE y posteriormente a
apoptosis.
 La apoptosis de la célula B mediada por NO es
CHOP dependiente (Oyadomari et al., 2001).

17. Regulación de las vías inflamatorias y metabólicas
por mediadores de UPR
El estrés del RE podría contribuir a la inflamación
de bajo grado observado en obesos. Circulation Research 2010, 107:579-591

18.  Apoptosis inducida por el estrés del RE puede
incrementar la señalizacion inflamatoria; ie, la
muerte del adipocito en el obeso podria disparar el
reclutamiento de macrófagos y otras células
inflamatorias en el tejido adiposo.
 El estrés del RE ha sido implicado en la muerte de
las células B observada en los estadios tardíos de la
hiperglicemia e insulinorresistencia, así como la
ruptura de placa de las lesiones ateroscleroticas.
 La deleción genética de CHOP mejoró la sobrevida
de las Células B en modelos diabéticos e IR así
mismo previno el IMA en modelos de ATS.
Circulation Research 2010, 107:579-591

19. El rol central de las respuestas de estrés celular
El desarrollo de enfermedades crónicas es un proceso complejo que involucra
un background genético y factores ambientales.
Las repuestas de estrés celular integran la detección de bacterias y nutrientes
con el metabolismo y las respuestas inmunes, jugando un rol central en las
enfermedades crónicas

20.  Las vías inflamatorias están interrelacionadas con UPR.
 Activación de las vías de señales de JNK.
 Activación de NF-kB por intermedio del complejo IKK/TRAF2,
inhibición directa del IKK o fosforilación de AKT y aumenta la
expresión de citokinas inflamatorias como IL6 y TNF a.
 Adecuada secreción de Ab por las células B y para la producción de
péptidos antimicrobianos en las células de Paneth.
 ATF6 y su homólogo CREBH es un regulador de las proteínas de fase
aguda como amiloide sérico y PCR en el hígado.
 Aumento de IL8 y MCP1.
 Activación de NF kB puede inducir UPR del RE.
 Generación y acumulación de ROS y NO --- Estrés oxidativo ---
estrés del RE.
 La señalización a través de los Receptores tipo Toll (TLR) pueden
modular la señalización de UPR del RE y activar factores de
transcripción asociados a UPR.

21.  Microvasculares:
 Retinopatía
 Nefropatía
 Neuropatía
 Macrovasculares:
 Cardiopatía isquémica
 Arteriopatía periférica
 Enfermedad cerebrovascular
 Estenosis de arteria renal
 Aneurisma de aorta abdominal
 Formas mixtas. Pie diabético

22.  Tres vías metabólicas a través de las cuales
la hiperglicemia lleva, a través de los años, a
las complicaciones microvasculares crónicas
de la DM:
1. Aumento de la actividad de la Aldosa Reductasa
2. Aumento del Diacilglicerol (DAG) y de la
actividad de la b2 - Proteín Kinasa-C
3. Aceleración de la glicosilación no enzimática de
proteínas.
4. Estrés oxidativo.
5. Estrés del RE.

24.  Hsp70: El estrés mecánico provocado por la elevación aguda de la
presión arterial induce su expresión.
 Hsp60: Expresada en el endotelio vascular ante diversas injurias como
hipercolesterolemia, endotoxinas bacterianas, H2O2, TNF α, isquemia,
etc.
 Hsp32: Isoforma de la Hemoxigenasa. Entre los diversos estímulos
que la inducen, están el estiramiento de la pared vascular, óxido
nítrico, hipoxia, metales pesados, etc.
 Hsp27: está presente en endotelio, células musculares lisas vasculares
y miocitos. Es inhibidora de la polimerización de actina. El estrés
oxidativo incrementa su fosforilación por las MAPK y ERK.
 Hsp22: se expresa en cardiomiocitos. La isquemia induce su rápida
translocación a la fracción insoluble núcleo-citoesqueleto.
 Hsp20: se expresa abundantemente en corazón y músculo liso. En el
músculo liso vascular es sustrato de las PK dependientes de AMPc y
GMPc por lo cual podrían jugar un papel en el mantenimiento del tono
vascular o la adaptación a la injuria vascular.

25. Apoptosis inducida por estres del RE en macrofagos de
lesiones avanzadas
Los receptores de
reconocimiento de
patrones (PRR, por sus
siglas en inglés, de
Pattern recognition
receptor) son proteínas
presentes en las células
del sistema inmunitario
como fagocitos, para
identificar moléculas
asociadas con patógenos
microbianos o estrés
celular.
Circulation Research October 1, 2010

26. Una vía CHOP–calcio de la apoptosis inducida
por estrés del RE en macrófagos
Circulation Research January 8, 2010

27. Mecanismos por los cuales la RI en el macrófago promueve
apoptosis inducida por estrés del RE y progresión de la
placa de ATS
SERCA, or sarco/endoplasmic
reticulum Ca2+-ATPase, or SR
Ca2+-ATPase, is a calcium
ATPase-type P-ATPase
Circulation Research January 8, 2010

28. Estrés del RE prolongado en aterogenesis temprana y
Progresión de la Placa
Circulation Research
October 1, 2010

29. Vascular Health and Risk Management 2008:4(1) 115–122
Anormalidades neuronales y vasculares están
asociadas con la patogenia de la RPD temprana.

30. Vías de muerte celular asociadas al estrés
del RE en RPD
ER, endoplasmic reticulum;
TRAF2, tumor necrosis
factor receptor-
associated factor 2; ASK1,
apoptosis signal-regulating
kinase 1; SEK1, SAPK/ERK
kinase 1; MKK7, mitogen-
activated protein kinase
kinase 7; JNK, c-Jun N-
terminal kinase; ATF4,
activating transcription
factor 4; PERK, PKR-like
endoplasmic reticulum
kinase; elF2α, a subunit of
translation eukaryotic
initiation factor 2; CHOP,
C/ERB homologous protein.

31.  La pérdida de pericitos de los microvasos es uno de los primeros
cambios patológicos característicos de la RPD.
 La UPR, activada por estres del RE, es inducida en pericitos por los
cambios en la concentración de glucosa.
 La expresión de VEGF está incrementada por la hiperglicemia,
isquemia e hipoxia llevando al desarrollo de neovascularización y/o
incremento de la permeabilidad vascular.
 El estrés del RE inducido por la deprivación de glutamina up-regula
la expresión de VEGF en las celulas epiteliales pigmentadas.
 El estrés del RE inducido por homocisteína está relacionada a la
sobre-expresión de VEGF bajo el control de ATF4, siendo la
Hiperglicemia la responsable del incremento de la homocisteína
intracelular en las células del epitelio pigmentado de la retina.

32.  Recientemente se ha demostrado que las células ganglionares
de la retina mueren en los estadios tempranos de la DM, esto
puede preceder a las anomalias vasculares incluyendo la
permeabilidad vascular incrementada.
 Está presente en los casos de No RPD, pudiendo ser detactada
por tomografia de coherencia optica aún en este estadio.
 La via PERK-CHOP, es inducida por isquemia y se asocia a
muerte neuronal. Existe un aumento de Ca2+ intracelular y las
UP que se acumulan en el RE son blanco de las ROS y NO.
 La vía IRE1-JNK está asociada a muerte neuronal en retinas
isquémicas. Se ha visto un incremento de la expresión de IRE1α
y el factor 2 asociado al receptor del TNF (TRAF2), la
expresión de ASK1, SAPK/ERK kinasa 1 (SEK1), y JNK está
presente en las neuronas degeneradas.

33. Patogenesis de la RPD temprana
GFAP, glial fibrillary acidic protein;
GABA, gamma-aminobutyric acid.
Los cambios caracteristicos de la RPD temprana podrían ser los cambios
gliales en la retina (células de Muller)

34.  Los niveles de glutamato estan elevados en el
humor vitreo de los pacientes diabéticos,lo
cual podría llevar a muerte neuronal al
alterar la homeostasis del Ca2+ en el RE
ocasionando el estrés del RE.
 Ikesugi et al han demostrado inducción de
estrés del RE en los pericitos por
deprivación de glucosa.

35. Sobre-expresion de factores
pro-inflamatorias y Up-
regulacion de marcadores de
estres del RE en las retinas de
ratones Akita.

36.  Inhibidor Bax-1 (BI-1) proteína antiapoptotica
que puede regular la vía de muerte celular
inducida por estres del RE. Inhibiendo proteínas
de estrés como CHOP, IRE1α, o fosfo-JNK.
 El factor neurotrófico derivado del cerebro
(BDNF), reduce la degeneración neuronal de
retinas diabéticas in vivo (Seki et al 2004), previene
la muerte neuronal mediada por estres al
suprimir la activación de caspasa-12 in vitro
(Shimoke et al 2004).
 Aun, si podemos establecer terapias
neuroprotectoras, la primera elección debe ser
el tratamiento estandar de control de G y PA
para reducir las causas de estrés en DM.

37.  El control glicémico y el tratamiento con IECAs o
BRAs enlentencen la progresión de NFPD a ERCT, el
mecanismo para este efecto no está claramente
identificado.
 En base a experimentos en roedores y cultivos
celulares, el estrés del RE ha sido propuesto como
uno de los mecanismos que contribuyen al daño
celular y apoptosis de podocitos y celulas tubulares.
 Se ha sugerido que en enfermedades proteinuricas,
las células tubulares sufren estrés del RE como una
respuesta adaptativa y que la persistencia de
hiperglicemia y proteinuria pueden eventualmente
llevar a apoptosis.

38. • El envejecimiento renal es un proceso lentamente progresivo y se postula que
pude ser acelerado por enfermedades intervinientes como diabetes, debido en
parte a la adicion de estres excesivo e inflamacion.
• Ratones diabéticos inducidos por STZ desarrollaron albuminuria severa,
elevación de creatinina, y lesiones renales incluyendo extensa muerte celular
apoptotica, glomerulosclerosis, hialinosis aferente y eferente, e inflamación
tubulointersticial y fibrosis: --------- asociados a estrés oxidativo elevado.
• La presencia de estrés del RE en estos ratones resultó en up-regulación de
CHOP a nivel renal.
• Las celulas tubulares deficientes de CHOP fueron resistentes a muerte
celular inducido por estres del RE, y ratones deficientes de CHOP no
desarrollaron NFPD.

39. Incremento progresivo en la albuminuria en
ratones diabéticos de 22 meses
A: 22-month-old (22m) C57B6 female mice did not have obvious albuminuria. Urinary albumin was slightly
but significantly elevated in 9-month-old diabetic mice (9m/DN); 22-month-old diabetic mice developed
severe and progressive albuminuria (22m/DN). *P 0.05 versus 9-monthold nondiabetic mice (9m); **P 0.01
versus 9m/ DN.
B: The levels of albuminuria in 22-month-old mice after 4 months of hyperglycemia were 11-fold higher than
those in 9-month-old mice after 4 months of hyperglycemia.

40. E: Representative Masson’s trichrome stain of kidneys from 22-month-old nondiabetic mice.
Whereas blue staining (matrix) is increased in glomeruli, the tubulointerstitium is relatively normal
(original magnification, 200).
F: Representative Masson’s trichrome stain of kidney from 22-month-old diabetic mice. Severe
tubulointerstitial lesions characterized by tubular atrophy, interstitial fibrosis, and extensive
inflammatory cell infiltration are present.

41. GRP78 y CHOP
A: mRNA levels of GRP78, a marker for ER stress,
were higher in kidneys of 22-month-old diabetic
mice (22m/DN, **P 0.01 versus 22-month-old
nondiabetic, 22m). B: CHOP mRNA levels were
elevated in 9-month-old diabetic (9m/DN) and
22-month-old nondiabetic kidneys and further
increased in 22-month-old diabetic kidneys. **P
0.01 versus 9m; *P 0.01 versus 22m. C–F:
Immunostaining for phosphorylated PERK of
kidneys from 9-month-old
PERK y eIF2alfa
K: Quantification of the percentage of cells in
renal cortex that were stained positive for
phosphorylated (p) PERK showed that positive
cell number was decreased in 22-month-old
nondiabetic (22m) but increased in 22-month-old
diabetic mice. **P 0.01 versus 9-month-old
nondiabetic (9m). *P 0.01 versus 22-month-old
nondiabetic or 9-month-old diabetic (9m/DN).

42.  En las células glomerulares y tubulares existe una
expresión incrementada de BiP y apoptosis aumentada,
así como la expresión de CHOP, JNK, y caspasa-12.
 La expresión de BiP esta disregulada por hiperglicemia
en células mesangiales humanas.
 En el Sd. Nefrótico, los marcadores de estrés están
incrementados en las celulas tubulares.
 Las biospias de diabéticos de larga data muestran
mayor expresión de BiP, proteína regulada por O2 150
(ORP150/HYOU1), S1P (MBTPS1), calnexina, y XBP-1.
 Por tanto habría activación de la respuesta al estrés del
RE en el tubulointersticio de pacientes con NFPD.

44. D i a b e t e s r e s e a r c h a n d c l in i c a l p r a c t i c e 9 3 s ( 2 0 1 1 ) s 3 7–s 4 6

45.  Se ha demostrado que la activación de AMPK por medicamentos
(AICAR, metformina, y estatinas) o medios geneticos (sobre-expresion
viral de AMPK mutantes constitutivamente activos) significativamente
mitigan el estres del RE y oxidación de SERCA y mejoran la relajación
dependiente de endotelio en la aorta del ratón.
 Metformina bloquea la apoptosis inducida por palmitato y la respuesta
al estrés del RE en celulas hepaticas HepG2.
 Macelignano (un componente de la nuez moscada - Myristica fragrans
y agonista dual PPARα/γ ) redujo el estrés del RE en el hígado y tejido
graso de ratones db/db asi como células incubadas en tapsigargina
SKHEP1 y 3T3-L1 y mejoró la señalizacion de IRS-1.
 Pioglitazona suprime el estrés del RE en el hígado, reduciendo la IR n
ratones bajo condiciones estresantes
 Tsunekawa et al han demostrado que las celulas B son protegidas por
exendina-4, al suprimir el estrés del RE. Induciendo la expresión de la
chaperona BiP y la proteína anti-apoptótica JunB, e inactivando caspasa
12.

46.  El tratamiento de ratones obesos y diabéticos
con chaperonas químicas ácido 4-fenil butírico
(PBA) y ácido ursodeoxicólico conjugado con
taurina (TUDCA) mejoro la sensibilidad
periférica a la insulina por aliviar el estrés del
RE.
 Terapia con TUDCA mejoró la sensibilidad a la
insulina en el hígado y músculos de sujetos
obesos
U. Ozcan, E. Yilmaz, L. O¨ zcan et al., “Chemical chaperones reduce ER stress and restore glucose homeostasis in a mouse model of
type 2 diabetes,” Science, vol. 313, no. 5790, pp. 1137–1140, 2006.
M. Kars, L. Yang, M. F. Gregor et al., “Tauroursodeoxycholic acid may improve liver and muscle but not adipose tissue insulin
sensitivity in obese men and women,” Diabetes, vol. 59, no. 8, pp. 1899–1905, 2010.

47. These results revealed the protecting role of P58IPK against ER stress-mediated DR in
diabetic rats, suggesting that P58IPK may act as a DR-resistant gene during diabetes.

48. Am J Physiol Renal Physiol 300: F1054–F1061, 2011.

49.  El estrés del RE está implicado en el
desarrollo de DM2 tanto en la
insulinorresistencia como en la alteración en
la secreción de insulina.
 El estrés del RE resulta de condiciones
endógenas y exógenas (ie. dieta no
saludable).

50.  El estrés del RE pareciera ser un mecanismo
patogénico importante en el desarrollo y
progresión de las complicaciones micro y
macrovasculares en el diabético.
 Dada la importancia de la muerte celular
inducida por el estrés del RE, hay mucha
esperanza en el desarrollo de pequeñas
moléculas para su uso terapéutico dirigidos a
eventos hacia arriba (chaperonas) o hacia
abajo (miembros de las vias de señales pro- y
antiapoptoticas).

51. FELIZ DIA DE LA MEDICINA PERUANA
155° ANIVERSARIO FACULTAD DE MEDICINA SAN FERNANDO - UNMSM

52. Cross talk entre los órganos y alteraciones metabólicas
asociadas a estrés del RE
Indian Journal of Clinical Biochemistry, 2010 / 25 (2) 111-118

53. Chakrabarti, Chen, Varner . A Review of the Mammalian Unfolded Protein Response Biotechnology and Bioengineering, 2011.