Transferencia génica de aquaporina-8 a mitocondrias: modulación del metabolismo del amoníaco a urea

Las Aquaporinas (AQPs) conforman una familia de canales de membrana que facilitan el transporte osmótico de agua y en algunos casos, la difusión de moléculas pequeñas no cargadas. Desde su descubrimiento en 1992 se fue ampliando el conocimiento sobre la estructura, localización celular/subcelular y función de estas proteínas. Actualmente se conocen trece miembros de esta familia en mamíferos, donde cada tejido tiene un patrón de expresión característico. La aquaporina 8 (AQP8), como miembro de esta familia, presenta permeabilidad al agua y también a moléculas como el amoníaco y el peróxido de hidrógeno. Su forma no glicosilada de 28 kDa se expresa en membrana mitocondrial interna de hepatocitos donde se ha demostrado participa en procesos metabólicos y en señalización. La presencia de la AQP8 en la membrana mitocondrial facilita el ingreso difusivo del amoníaco para su metabolización a urea. El metabolismo del nitrógeno es esencial en el organismo, formando parte de moléculas con relevancia estructural y funcional. El amoníaco proveniente del catabolismo de proteínas y ácidos nucleicos debe ser eliminado rápidamente para evitar su acumulación plasmática y el desarrollo de cuadros fisiopatológicos. El hígado se encarga de la detoxificación del amoníaco principalmente mediante su transformación a urea en los hepatocitos. Se ha demostrado que la expresión defectiva de la AQP8 mitocondrial (mtAQP8) tiene impacto negativo en la capacidad de los hepatocitos para metabolizar el amoníaco a urea. También se ha demostrado que en situaciones fisiopatológicas complejas en las que se observa el desarrollo de cuadros de hiperamonemia, la expresión de la mtAQP8 se encuentra disminuida. A partir de esto, decidimos evaluar si la transferencia génica de AQP8 a mitocondrias del hepatocito tenía la capacidad de estimular el metabolismo del amoníaco a urea, tanto en situaciones normales como de ureagénesis defectiva. Lo primero que se analizó fue la exposición de hepatocitos aislados al adenovector AdhAQP8, que codifica para la AQP8 de origen humano (hAQP8). AdhAQP8 permitió la correcta expresión de hAQP8 en membrana interna de las mitocondrias, sin modificar la viabilidad celular ni la expresión de otras proteínas mitocondriales. La expresión mitocondrial de la hAQP8 indujo un aumento significativo en la conversión del amoníaco a urea sin modificar la ureagénesis a partir de aminoácidos que funcionan como fuentes intramitocondriales de amoníaco. Estudios con mitocondrias aisladas de hepatocitos transducidos con hAQP8 demostraron directamente que la expresión mitocondrial de hAQP8 favorece una mayor detoxificación del amoníaco. A continuación, desarrollamos un modelo de hepatocitos con metabolización deficiente del amoníaco a urea utilizando el hepatotóxico tioacetamida (TAA). Los estudios dosis- respuesta nos permitieron encontrar condiciones experimentales en las que la ureagénesis a partir del amoníaco se vio afectada pero no así la viabilidad celular. El avance de los estudios nos permitió demostrar que la conversión del amoníaco a urea en hepatocitos, reducida por TAA, pudo ser normalizada por la transferencia génica mitocondrial de hAQP8. Por último, realizamos ensayos de puesta a punto de transferencia génica in vivo de hAQP8, administrando el adenovector AdhAQP8 vía transduodenal retrobiliar. Observamos que AdhAQP8 indujo la expresión mitocondrial de hAQP8, la cual fue acompañada de un aumento en los niveles hepáticos de urea. Aunque no pudimos profundizar los estudios, los mismos sugieren que la expresión mitocondrial hepática de hAQP8 estimularía la ureagénesis tanto en hepatocitos aislados como in vivo. En conclusión, nuestros resultados refuerzan el rol de la mtAQP8 como una proteína necesaria para facilitar el ingreso mitocondrial del amoníaco para su metabolización en el ciclo de la urea; y permiten considerar el potencial terapéutico de la utilización de la transferencia génica de AQP8 para mitigar cuadros de hiperamonemia.