Expresión relativa de microRNAs (miR-21, miR-24, miR-34a, miR-128-1) en suero y exosomas y su asociación con biomarcadores inmunometabólicos y el perfil obesogénico en individuos con tejido adiposo disfuncional

Abstract

En l'escenari del teixit adipós (TA), s'ha demostrat que els mecanismes de les respostes immunitària i metabòlica estan intrínsecament connectats i es regulen mútuament. D'una banda, la resposta immunitària requereix una adaptació metabòlica a nivell cel·lular i orgànic, mentre que la regulació metabòlica porta a l'activació de cèl·lules del sistema immunitari.

En el parènquima del TA s'integren cèl·lules del sistema immunitari que, en estat saludable, contribueixen al manteniment de l'homeòstasi tissular. No obstant això, en trastorns metabòlics com l'obesitat, el segell clàssic de la qual és l'increment permanent i irregular de la massa grassa, es caracteritza per un estat d'inflamació sistèmica i tissular crònica de grau baix, amb un perfil obesogènic que implica una transformació funcional.

Des de la perspectiva dels processos immunometabòlics fisiològics i en el desenvolupament de malalties, els estudis científics han demostrat la implicació de molècules bioactives com els microRNAs (miRs). Aquests s'han identificat in vivo, in vitro i in silico, i la seva funció ha estat avaluada mitjançant experiments de sobreexpressió o silenciatge, amb resultats que evidencien el seu potencial aplicació i eficàcia en el context clínic.

Estudis previs suggereixen que els miRs actuen com a supressors o reguladors de diferents vies de senyalització implicades en processos metabòlics i en la resposta immunitària. En aquest sentit, l'evidència experimental mostra que són secretats a la circulació sanguínia en exosomes o units a proteïnes transportadores, mitjançant un procés regulat susceptible de ser alterat en condicions patològiques. En aquest context, el present estudi proposa avaluar el vincle potencial i la contribució del patró d'expressió dels miRs amb la manifestació clínica de biomarcadors immunometabòlics associats al TA disfuncional.

L'entorn biològic revela una relació en la qual el transductor de senyals i activador de la transcripció (STAT3, de l'anglès Signal Transducer and Activator of Transcription 3), la proteïna 4 secretada relacionada amb Frizzled (SFRP4, de l'anglès Secreted Frizzled-Related Protein 4), el factor tipus Krüppel 4 (KLF4, de l'anglès Krüppel Transcription Factor 4) i el substrat del receptor de la insulina 1 (IRS1) són gens diana regulats per miR-21, miR-24, miR-34a i miR-128-1, respectivament. A més, s'ha documentat que aquestes proteïnes són transportades en exosomes cap a altres teixits i òrgans diana.

En paral·lel, en aquest estudi també es considera un altre escenari relacionat amb la polarització dels monòcits (residents del TA) de M2 a M1 durant el procés inflamatori subclínic crònic de grau baix que es desenvolupa en el TA disfuncional. Això s'observa per l'increment dels nivells de biomarcadors immunometabòlics simultanis al procés d'adipogènesi, on els mecanismes implicats en l'expressió de gens adipogènics específics involucren vies de senyalització regulades per miRs.

Basant-nos en l'evidència prèvia que els miRs solubles es troben presents en diferents fluids extracel·lulars, proposem el desenvolupament d'un enfocament basat en la integració de diferents perspectives conceptuals, amb la següent estratègia:

a) Enfocament immunometabòlic: dirigit a establir el perfil d'adipocines, biomarcadors d'inflamació i metabòlics en el procés patogènic del teixit adipós disfuncional. b) Enfocament d'expressió molecular relativa: per determinar l'expressió relativa de miR-21, miR-24, miR-34a i miR-128-1, així com el seu contingut en exosomes de plasma sanguini de SFRP4, IRS1 i KLF4, relacionats amb el procés inflamatori i metabòlic. Aquesta estratègia es divideix en dues vessants: l'expressió relativa dels miRs extrets d'exosomes de plasma i solubles en sèrum sanguini, i la identificació i quantificació de SFRP4, IRS1 i KLF4 en exosomes de plasma sanguini. c) Enfocament d'associació clínica: determinació de la relació entre l'expressió relativa d'un patró selectiu de miRs i l'estatus del TA disfuncional, així com els nivells de biomarcadors immunometabòlics presents en individus amb un perfil obesogènic.

En el escenario del tejido adiposo (TA), se ha demostrado que los mecanismos de las respuestas inmune y metabólica están intrínsecamente conectados y mutuamente regulados. Por una parte, la respuesta inmune requiere de adaptación metabólica a nivel celular y orgánica, mientras que la regulación metabólica lleva a la activación de células del sistema inmune. En el parénquima del TA se integran células del sistema inmune que en estado saludable contribuyen al mantenimiento de la homeostasis tisular, mientras que en trastornos metabólicos como la obesidad, donde el sello clásico es el incremento permanente e irregular en la masa grasa se caracteriza por un estado de inflamación sistémica y tisular crónica de grado bajo, con aporte de un perfil obesogénico mostrándose una transformación funcional. Desde la perspectiva de los procesos inmunometabólicos fisiológicos y en el desarrollo de enfermedades, los reportes científicos muestran la implicación de moléculas bioactivas como los microRNAs (miRs), que se han identificado in vivo, in vitro e in sillico evaluando su función mediante experimentos de sobreexpresión o silenciamiento, y los resultados muestran su potencial aplicación y eficacia en el contexto clínico. Estudios previos sugieren que los miRs funcionan como supresores o reguladores de diferentes vías de señalización implicadas en procesos metabólicos y respuesta inmune, en este sentido la evidencia experimental muestra que se secretan a la circulación sanguínea en exosomas o unidos a proteínas transportadoras, mediante un proceso regulado susceptible de ser alterado durante procesos patológicos (7-10). En este contexto, el presente estudio propone evaluar el potencial vínculo y la contribución del patrón de expresión de miRs con la manifestación clínica de biomarcadores inmunometabólicos asociados al TA disfuncional. El ambiente biológico revela una relación en la que el transductor de señales y activador de la transcripción (STAT3 del inglés signal transducer and activator of transcription 3), proteína 4 secretada relacionada con frizzled (SFRP4 del inglés secreted frizzled-related protein 4), factor tipo Krüppel 4 (KLF4 del inglés Krüppel transcription factor 4) y sustrato del receptor de insulina 1 (IRS1) son genes diana regulados por miR-21, miR-24, miR-34a y miR-128-1, respectivamente. Adicionalmente, se ha documentado que estas proteínas son transportadas en exosomas hacia otros tejidos y órganos blanco (11-13). De forma paralela en este estudio tomamos en cuenta otro escenario relativo a la polarización de monocitos (residentes del TA) M2 hacía M1 durante el proceso inflamatorio subclínico crónico de grado bajo que se favorece en el TA disfuncional, y que se observa por el incremento en los niveles de biomarcadores inmunometabólicos simultáneo al proceso de adipogénesis, en donde los mecanismos implicados en la expresión de genes adipogénicos específicos involucran vías de señalización regulados por miRs. Con base en la experiencia previa de que los miRs-solubles se encuentran presentes en diferentes fluidos extracelulares, proponemos el desarrollo de un abordaje desde la integración de diferentes puntos conceptuales, con la siguiente estrategia: a) Con un enfoque inmunometabólico: dirigido a establecer el perfil de adipocinas, biomarcadores de inflamación y metabólicos en el proceso patogénico del tejido adiposo disfuncional. b) Con un enfoque de expresión molecular relativa: para determinar la expresión relativa de miR-21, miR-24, miR-34a, miR-128-1 y contenido en exosomas de plasma sanguíneo de SFRP4, IRS1 y KLF4 relacionados con el proceso inflamatorio y metabólico. Con la estrategia propuesta, el diseño del proyecto se desglosa en vertientes diferentes: expresión relativa de miRs extraídos de exosomas de plasma y solubles en suero sanguíneo. E identificación y contenido de SFRP4, IRS1 y KLF4 en exosomas de plasma sanguíneo. c) Con un enfoque de asociación clínica: donde determinaremos la relación de la expresión relativa de un patrón selectivo de miRs con el estatus del TA disfuncional y los niveles de biomarcadores inmunometabólicos presentes en individuos con un perfil obesogénico.

In the context of adipose tissue (AT), it has been demonstrated that the mechanisms of immune and metabolic responses are intrinsically connected and mutually regulated. On one hand, the immune response requires metabolic adaptation at both the cellular and systemic levels, while metabolic regulation leads to the activation of immune system cells.

Within the AT parenchyma, immune system cells are integrated, which, in a healthy state, contribute to maintaining tissue homeostasis. However, in metabolic disorders such as obesity—where the hallmark is a persistent and irregular increase in fat mass—there is a state of chronic low-grade systemic and tissue inflammation, promoting an obesogenic profile and leading to a functional transformation.

From the perspective of physiological immunometabolic processes and disease development, scientific studies have demonstrated the involvement of bioactive molecules such as microRNAs (miRs). These have been identified in vivo, in vitro, and in silico, with their function evaluated through overexpression or silencing experiments. The results highlight their potential application and efficacy in the clinical context.

Previous studies suggest that miRs act as suppressors or regulators of different signaling pathways involved in metabolic processes and immune response. In this regard, experimental evidence shows that they are secreted into the bloodstream within exosomes or bound to carrier proteins through a regulated process that can be altered under pathological conditions. In this context, the present study aims to evaluate the potential link and contribution of the miR expression pattern to the clinical manifestation of immunometabolic biomarkers associated with dysfunctional AT.

The biological environment reveals a relationship in which the signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3), secreted frizzled-related protein 4 (SFRP4), Krüppel-like factor 4 (KLF4), and insulin receptor substrate 1 (IRS1) are target genes regulated by miR-21, miR-24, miR-34a, and miR-128-1, respectively. Additionally, studies have documented that these proteins are transported in exosomes to other tissues and target organs.

In parallel, this study also considers another scenario related to the polarization of monocytes (resident in AT) from M2 to M1 during the chronic low-grade subclinical inflammatory process that develops in dysfunctional AT. This is observed through the increase in immunometabolic biomarker levels, simultaneous with the adipogenesis process, where mechanisms involved in the expression of specific adipogenic genes include signaling pathways regulated by miRs.

Based on previous evidence that soluble miRs are present in various extracellular fluids, we propose an approach integrating different conceptual perspectives, with the following strategy:

a) Immunometabolic approach: aimed at establishing the profile of adipokines, inflammation biomarkers, and metabolic markers in the pathogenic process of dysfunctional adipose tissue. b) Relative molecular expression approach: to determine the relative expression of miR-21, miR-24, miR-34a, and miR-128-1, as well as the content of exosomal plasma SFRP4, IRS1, and KLF4, related to the inflammatory and metabolic process. This strategy is divided into two aspects: the relative expression of miRs extracted from plasma exosomes and soluble in blood serum, and the identification and quantification of SFRP4, IRS1, and KLF4 in plasma exosomes. c) Clinical association approach: to determine the relationship between the relative expression of a selective pattern of miRs and the status of dysfunctional AT, as well as the levels of immunometabolic biomarkers present in individuals with an obesogenic profile.