Eritoproyectina

La eritropoyetina es una hormona glicoproteica de gran importancia para la formación de glóbulos rojos durante la generación de sangre (hematopoyesis). La palabra deriva del griego erythros “rojo” y poiein “hacer”, y también se la suele llamar EPO, epoetina y antiguamente hematopoyetina. La EPO está entre los Agentes Estimulantes de la Eritropoyesis. Como medicamento, la eritropoyetina se fabrica de forma biotecnológica para el tratamiento de la anemia en pacientes que hacen diálisis, en los cuales la formación de sangre está alterada debido a un fallo en los riñones, y también después de ciclos de quimioterapia agresivos. La EPO también es tristemente famosa por los numerosos escándalos de dopaje en los que se ha visto implicada, en especial en el ciclismo, lo que ha hecho que algunos la llamen “droga del ciclista”. El principal efecto adverso que produce es un incremento del riesgo de complicaciones cardiovasculares si se usa para elevar los niveles de hemoglobina por encima de 13 gramos por decilitro de sangre.

Biosíntesis y función Biológica

La eritropoyetina pertenece filogenéticamente a la familia de las citoquinas, entre las que se encuentran también la somatotropina, la prolactina, las interleuquinas 2-7, y los llamados “Factores Estimulantes de la Colonia” (G-CSF, M-CSF y GM-CSF). En el cuerpo humano, la EPO se forma en un 85-90% en el riñón mediante el endotelio de los capilares situados alrededor de los canales nefríticos, y en un 10-15% en los hepatocitos del hígado. Además, podría sintetizarse también en el cerebro, la matriz, los testículos y el bazo.

El gen de la EPO en el hombre se encuentra en el cromosoma 7 (posición 7q21-7q22). La síntesis es estimulada por la saturación de oxígeno (hipoxia) en la sangre. Esto lleva a la translocación de la subunidad alfa del “Factor Inducido por Hipoxia” (brevemente FIH) desde el citoplasma en el núcleo de las células productoras de EPO. Allí, el FIH se enlaza a la subunidad β (FIH-β) acompañante, de donde se origina el heterodímero HIF-1. Este se enlaza otra vez con el factor de transcripción CREB y el p300. El complejo proteínico resultante consiste de tres elementos iniciales mediante una conexión a tres bandas del gen de la EPO.

La concentración de la hormona en el suero de un hombre sano es de hasta 19 mU/mL. En la eritropoyesis, la EPO se enlaza en la médula al receptor de la eritropoyetina en las células del precursor tipo BFU-E (Unidad Formadora de Colonias Explosivas Eritroides), primero a las células más maduras del tipo CFU-E (Unidad Formadora de Colonias Eritroides), y finalmente a los eritrocitos diferenciados.

El receptor (EpoR) pertenece a la familia de los receptores de las citoquinas, cuyas características estructurales comunes consisten en dos o más dominios similares a la inmunoglobulina, cuatro residuos de cisteína y la secuencia extra-celular WSXWS (Triptófano-Serina-variable Aminoácido-Triptófano-Serina). La conexión de la EPO produce un homodímero del receptor que activa la enzima quinasa acoplada al receptor otra vez vía transfosforilación. Además, los restos de tirosina enlazados al receptor se fosforilan y sirven como una estación de acoplamiento para la proteína de transducción de señales STAT5 mediante la cual se producen diferentes cascadas de señalización. En conjunto hay 94 proteínas implicadas.

Cada día se generan aproximadamente doscientos mil millones de eritrocitos. Además de en la eritropoyesis, la EPO actúa en la diferenciación de las células de precursor y también estimula en pequeña medida la formación de megacariocitos. La insuficiencia aguda y crónica debida a enfermedades degenerativas del riñón, lleva a una menor formación de EPO y por eso se produce una anemia renal.

La función de la EPO en el organismo no es sólo la formación de nuevos eritrocitos. El receptor de la EPO se ha encontrado en diferentes tipos de células somáticas como las neuronas, los astrocitos, células de la microglía y las células del músculo del corazón. Se han observado interacciones entre la EPO y su receptor en tejidos que no forman sangre, como en la quimiotaxis, angiogénesis, activación intracelular del calcio y la inhibición de la muerte celular. Se han encontrado lugares específicos para la EPO en las neuronas, especialmente en el hipocampo, una región del cerebro muy afectada cuando se produce falta de oxígeno.

Cualidades estructurales

El gen de la EPO (5,4 kb, 5 exones y 4 intrones) codifica una proteína pro-EPO con 193 aminoácidos. Mediante una modificación posterior, el terminal N se convierte en un péptido con 27 aminoácidos residuales así como el residuo de asparagina del terminal C restante mediante la acción de la carboxipeptidasa intracelular.

Químicamente la EPO humana es un polipéptido ácido no ramificado a partir de 165 monómeros de aminoácido y un peso molecular de aproximadamente 34kDa. La estructura terciaria consiste de cuatro hélices α antiparalelas de lazos vecinos. La cantidad de hidratos de carbono es aproximadamente el 40% de la masa molecular, consistente en un O-glicosídico (Ser. 126) y tres N-glicosídicos (Asn 24, Asn 38 y Asn 83). Las cadenas laterales, por su parte, están formadas por los monosacáridos manosa, galactosa, fucosa, N-acetilglucosamina, N-acetilgalactosamina y N-acetilneuramianoácido. El N-glicosídico ocupa las cadenas laterales que poseen varias ramas exteriores que se llaman “antenas”.

Al contrario que los aminoácidos constantes de la molécula de EPO, las estructuras de azúcares son variables. En este sentido se habla de una microheterogeneidad de la molécula de EPO, que se presenta no sólo en estado natural sino también en la EPO recombinante. Ésta está marcado por una parte por secuencias variables de monosacáridos en las cadenas laterales de azúcares, y por otra parte por una cantidad variable de N-acetilneuramínico al final; éste último, también conocido por el nombre común de ácido siálico, es decisivo para la actividad biológica de las glicoproteínas: cuanto más alto sea el nivel de ácido siálico más alta será la actividad y la concentración en sangre de la hormona. Hay que destacar que la isoforma de ácido siálico muestra una afinidad más pequeña al receptor de la EPO en experimentos in vitro. Las isoformas funcionales son desmontadas poco a poco por las células del cuerpo que llevan el receptor de EPO. En el desmontaje, las moléiculas de EPO son descompuestas por endocitosis inducida por el receptor en la parte interna del lisosoma. Una particularidad de la molécula de EPO es la sulfatación en las cadenas laterales de azúcar del N-glicosídico. Hasta el momento se desconoce la función exacta de la sulfatación, que se produce tanto en la forma nativa como en la recombinante.

Historia de su investigación

La historia de la investigación sobre la eritropoyetina está estrechamente ligada con el aumento de conocimientos sobre el origen y función de la sangre. Ya desde principios de la historia, se le daba gran importancia a la sangre por proporcionar vitalidad al ser humano. En muchos círculos culturales, la sangre era el centro de las ceremonias rituales. A menudo, la sangre de un animal fuerte o un enemigo muerto se administraba para transmitir su fuerza y ánimo al receptor. En la misma Biblia se pone de manifiesto su importancia; en el libro 3 de Moisés, capítulo 17, versículo 11 se dice: “Porque la vida de la carne está en la sangre (…)”.
Jean-Baptiste Denis (* 1643, † 1704), un médico de la corte de Ludwig XIV y el cirujano Paul Emmerez († 1690) fueron los primeros en efectuar con éxito la primera transfusión de sangre para tratar una anemia, el 15 de junio de 1667 en París. El estado del paciente mejoró mucho cuando le transfundieron sangre de un cordero. El ginecólogo y obstetra inglés James Blundell (* 1791, † 1878) llevó a cabo en 1825 la primera transfusión homóloga afortunada en un hombre que padecía una fuerte hemorragia, y que recibió la sangre de su hermano. Sin embargo, el origen exacto para el resultado de sus terapias permanecía desconocido para los médicos que lo trataban. Sólo a mitad del siglo 19 se produjeron los primeros conocimientos fundamentales sobre el origen y la función de la sangre, cuando Felix Hoppe-Seyler descubrió la hemoglobinay Ernst Neumann el papel de la médula como lugar de formación de la sangre.
En 1863, el médico francés Denis Jourdanet reconoció indirectamente la relación entre una menor presión parcial deoxígeno y la elevación de los niveles de eritrocitos, cuando llevaba a cabo reconocimientos de hematocrito a personas que habían estado mucho tiempo viviendo en las alturas de los Alpes. Jourdanet constató que la sangre de estas personas era más viscosa que la de sus pacientes “normales”. Friedrich Miescher descubrió la relación directa en 1893. Miescher describió la formación de eritrocitos como resultado de una disminución de oxígeno en la médula. Sobre esta base, hubo intentos para tratar la anemia por medio de la hipoxia inducida.
En 1906, el francés Paul Carnot (* 1869, † 1957) y su colaboradora Catherine Deflandre plantearon por primera vez la hipótesis de que un factor humoral regula la formación de sangre. Su hipótesis se basaba en experimentos con suero sanguíneo de conejos anémicos, cuyos glóbulos rojos aumentaban de forma considerable tras inyectarle suero de conejos sanos. Sin embargo, los intentos de numerosos investigadores por reproducir los resultados de Carnot y Deflandre fallaron. Sólo con el empleo de fenilhidracina, una sustancia química hemolítica que induce la anemia, otros investigadores, como por ejemplo en 1911 Camillo Gibelli de la Universidad de Génova, pudieron mantener la hipótesis de Carnot. Otras indicaciones para la corrección de la hipótesis del factor humoral fueron experimentos en los cuales la formación de sangre podía forzarse en animales normales mediante el suero de animales que eran mantenidos en condiciones de hipoxia. En este sentido, Georges Sandor (* 1906, † 1997), del Instituto Pasteur, obtuvo un éxito considerable en los años 30. Finalmente, en 1948, dos nefrólogos finlandeses, Eva Bonsdorff (* 1918) y Eeva Jalavisto (* 1909, † 1966) le dieron el nombre de eritropoyetina (EPO) a este factor.
Como verdadero “descubridor” de la EPO suele considerarse a Allan Jacob Erslev, que publicó en 1953 los primeros artículos científicos en los que se probaba sin duda alguna la existencia de la eritropoyetina. Sin embargo, Eugene Goldwasser fue otra figura clave en la investigación de la EPO. En 1954, él y su grupo de trabajo de la Universidad de Chicago confirmaban los trabajos de Erslev con resultados propios. Goldwasser y su colaborador Leon Orris Jacobson pudieron demostrar en 1957 que la EPO se forma en el riñón, y en 1977 aislaron por primera vez EPO de la orina humana. En 1983, Fu-Kuen Lin, un empleado de Amgen, identificó el gen de la EPO humana. En 1984, Sylvia Lee-Huang, de la Universidad Médica de Nueva York, informó por primera vez de la clonación y expresión de EPO humana recombinante (rhEPO) en la bacteria Escherichia coli; y en 1985 también se logró en células de mamífero. De esta forma se hizo posible la producción en grandes cantidades de EPO recombinante.

Indicadores para la terapia

De los factores de crecimiento empleados clínicamente en la actualidad, es la EPO la que posee el mayor espectro de indicación. La terapia clásica con EPO está diseñada para poner en marcha la formación de glóbulos rojos sanguíneos en pacientes con anemiade tipo renal, cancerosa o como consecuencia de quimioterapias.Además, se considera como seguro que la tasa de reacción puede incrementarse mediante hipoxia del tumor o quimioterapia del tumor después de la aplicación de EPO.
El mecanismo patológico de una anemia tumoral se produce por una perturbación en la utilización del hierro que puede ser reparada con la adición de EPO. Dado que estos mecanismos se muestran también en infecciones crónicas (como la enfermedad de Crohn o la colitis ulcerosa) o sepsis, se ha utilizado la EPO como terapia de apoyo desde hace años en estudios clínicos. Se están evaluando otras formas de terapia con EPO, en el tratamiento del síndrome de fatiga crónica, el síndrome mielodisplásico, la anemia aplásica, la osteomielofibrosis y las infecciones por VIH. Sus cualidades citoprotectoras en ensayos con cultivos celulares y con animales hacen a la EPO una candidata interesante para el tratamiento de enfermedades neurológicas agudas como, por ejemplo, los ataques de apoplejía, y también para enfermedades neurodegenerativas. Según un estudio piloto publicado en 2006, la EPO puede producir, posiblemente, una ligera mejora de las capacidades cognitivas como medicamento de apoyo en el tratamiento de pacientes esquizofrénicos. Los científicos suponen que el efecto observado podría basarse en las cualidades protectoras de la EPO frente a mecanismos neurodegenerativos; sin embargo, los resultados no han sido confirmados hasta ahora por otros grupos de investigación. En otro estudio se ha observado que la EPO produce efectos neuropsicológicos que mejoran el estado de ánimo en pacientes con miedo y depresión.