Estudio del papel de lipina-2 en la regulación de la homeostasis del colesterol en macrófagos: implicaciones en la respuesta a lipoproteínas aterogénicas

Abstract

This thesis delves into the role of lipin-2 as a key regulator of cholesterol homeostasis, inflammatory response, and energy metabolism in macrophages, particularly under stimulation with oxidized lipoproteins (OxLDL). In the context of inflammatory diseases such as atherosclerosis, macrophages play a central role in both lipid uptake and immune responses, making it essential to understand the molecular mechanisms that govern these processes.

One of the main findings of this work is that lipin-2 deficiency impairs the ability of macrophages to maintain intracellular cholesterol levels in the absence of an exogenous source. This impairment is linked to defective activation of the AKT/mTOR pathway, which prevents nuclear translocation of the transcription factor SREBP-2, essential for the expression of genes involved in de novo cholesterol synthesis. Interestingly, this defect is reversed by the simultaneous deletion of lipin-1, suggesting an antagonistic regulatory effect between these isoforms in SREBP-2 activation.

Moreover, lipin-2 deficiency does not affect LDL receptor expression or its membrane localization and uptake, but it does lead to reduced cholesterol synthesis and increased efflux capacity mediated by the transporters ABCA1 and ABCG1. This may account for the overall reduction in cellular cholesterol content observed in these cells.

Under inflammatory conditions, such as OxLDL exposure, lipin-2–deficient macrophages exhibit an exacerbated response characterized by elevated production of cytokines and inflammatory mediators, as well as enhanced activation of the inflammasome. This response is further amplified by increased expression of the scavenger receptor CD36, whose signaling, in cooperation with TLR4, constitutes a central axis driving the observed inflammation and metabolic dysfunction.

At the mitochondrial level, OxLDL stimulation in the absence of lipin-2 promotes a metabolic shift toward glycolysis, accompanied by decreased electron transport chain activity and increased mitochondrial ROS production. These effects are associated with downregulation of antioxidant genes and can be reversed by overexpression of mitochondrial catalase (mCAT), highlighting a key role of oxidative stress in the alterations triggered by lipin-2 deficiency.

Additionally, disturbances in lipid metabolism are evident, including the accumulation of diacylglycerols (DAG), reduction in triacylglycerols (TAG) and cholesterol esters (CE), and decreased lipid droplet formation. These changes may be linked to impaired mobilization of intracellular cholesterol and lysosomal dysfunction in lipin-2–deficient macrophages.

Altogether, this study demonstrates that lipin-2 functions as an integrative node linking cholesterol metabolism, mitochondrial function, and immune response in macrophages. Its deficiency not only disrupts lipid homeostasis but also enhances OxLDL-induced inflammation, potentially contributing to the progression of chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis. These findings not only deepen our understanding of lipin function in immunometabolism but also open new avenues for exploring therapeutic strategies aimed at modulating lipin-2 activity in cardiovascular disease.

La presente tesis profundiza en el papel de la lipina-2 como regulador clave de la homeostasis del colesterol, la respuesta inflamatoria y el metabolismo energético en macrófagos, especialmente bajo estimulación con lipoproteínas oxidadas (OxLDL). En el contexto de enfermedades inflamatorias como la aterosclerosis, los macrófagos desempeñan un papel central tanto en la captación lipídica como en la respuesta inmunitaria, siendo crucial entender los mecanismos moleculares que gobiernan estos procesos.

Uno de los principales hallazgos del trabajo es que la deficiencia de lipina-2 compromete la capacidad de los macrófagos para mantener los niveles celulares de colesterol en ausencia de una fuente exógena. Esto se debe a una alteración en la activación del eje AKT/mTOR, lo que impide la translocación nuclear del factor de transcripción SREBP-2, fundamental para la expresión de genes implicados en la síntesis de novo de colesterol. Este defecto se revierte mediante la eliminación simultánea de lipina-1, lo que sugiere un efecto regulador antagonista entre ambas isoformas en la activación de SREBP-2.

Además, la deficiencia de lipina-2 no afecta la expresión ni la localización del receptor de LDL en la membrana, ni su captación, pero sí induce una disminución de la síntesis de colesterol y un aumento en la capacidad de eflujo mediada por los transportadores ABCA1 y ABCG1, lo que puede explicar la reducción global del contenido de colesterol en estas células.

En condiciones inflamatorias, como la exposición a OxLDL, los macrófagos deficientes en lipina-2 muestran una respuesta exacerbada, caracterizada por una mayor producción de citoquinas y mediadores inflamatorios, así como una activación intensificada del inflamasoma. Esta respuesta se ve potenciada por el aumento de la expresión del receptor scavenger CD36, cuya señalización en cooperación con TLR4 representa un eje central en la amplificación de la inflamación y disfunción metabólica observadas.

A nivel mitocondrial, la estimulación con OxLDL en ausencia de lipina-2 promueve una reprogramación metabólica hacia la glucólisis, con reducción de la actividad de la cadena de transporte de electrones y aumento de la producción de ROS mitocondriales. Estos efectos se asocian con una menor expresión de genes antioxidantes y pueden revertirse mediante la sobreexpresión de catalasa mitocondrial (mCAT), lo que demuestra un papel clave del estrés oxidativo en las alteraciones inducidas por la deficiencia de lipina-2.

Por otro lado, se evidencian alteraciones en el metabolismo lipídico, incluida la acumulación de diacilgliceroles (DAG) y la reducción de triacilgliceroles (TAG) y ésteres de colesterol (CE), así como una disminución en la formación de gotas lipídicas. Estos cambios podrían estar relacionados con una menor capacidad de movilización del colesterol intracelular y una alteración en la maquinaria lisosomal en los macrófagos deficientes.

En conjunto, este trabajo demuestra que la lipina-2 actúa como un nodo integrador entre el metabolismo del colesterol, la función mitocondrial y la respuesta inmunitaria en macrófagos. Su deficiencia no solo altera la homeostasis lipídica, sino que también potencia la inflamación inducida por OxLDL, lo que podría contribuir a la progresión de enfermedades inflamatorias crónicas como la aterosclerosis. Estos hallazgos no solo mejoran nuestra comprensión del papel de las lipinas en la inmunometabolismo, sino que también abren nuevas vías para explorar estrategias terapéuticas dirigidas a modular la función de lipina-2 en enfermedades cardiovasculares.