[en] Mammary gland involution is characterized by programmed cell death of the secretory epithelium, followed by differentiation/proliferation of adipocytes, in order to leave the gland in its pre-gestational state. Prior studies demonstrate that calpains, calcium-dependent proteases, increase their activity during weaning. We observed that lysosomal, mitochondrial, and nuclear calpain translocation is involved in the subsequent organelle membrane destabilization, leading to epithelial cell death. Calpains translocate to lysosomal membranes, where they proteolyze lysosome-associated membrane proteins such as VATB2 and LAMP2a, identified for the first time as calpain targets within the lysosomal membrane. Mitochondrial calpain translocation is involved in the destabilization of mitochondrial membrane, triggering cytochrome c release. Calpains are also able to translocate to nuclear membrane of epithelial cells, degrading nucleoporins localized in peripheral positions of the nuclear pore complex. However, CAPN1 has also been found in the nuclei of adipose cells. This protease is involved in the differentiation process of adipocytes during mammary gland post-lactational remodeling, playing a different role that the one observed in epithelial cells. Histone H3, was first identified as a nuclear target of CAPN1 in adipocytes. The proteolysis occurs in the aminoterminal domain of the protein, around lysine in position 9 and serine in position 10. The removal of this aminoterminal domain favours the activation of adipogenic-related genes through chromatin remodeling. Herein, we have reviewed the major role that calpains play in the involution of the mammary gland after the pregnancy/lactation cycle. CAPN's targets within the lysosomal, mitochondrial and nuclear membranes, induce membrane leakiness and favors cell death. Whilst in adipose cells, CAPN1 is involved in the modulation of pre-adipocytes differentiation to mature adipocytes through chromatin remodeling.

[es] En el presente proyecto de tesis se ha contribuido a elucidar el papel de las calpaínas en la muerte celular programada y la remodelación tisular de la glándula mamaria tras el ciclo embarazo/lactancia. La involución de la glándula mamaria se caracteriza por la muerte celular programada (MCP) del epitelio secretor y por la proliferación e invasión de los adipocitos, con el fin de conseguir el estado glandular pre-gestacional. Estudios previos demuestran que las calpaínas, proteasas calcio-dependientes, están activas a lo largo de esta regresión post-lactancia. Estas enzimas, participan en la escisión de numerosas proteínas ubicadas la mayoría en membranas celulares, al poseer las calpaínas un dominio de unión a fosfolípidos que facilita su activación. El incremento del calcio intracelular que acontece durante el destete como consecuencia de la falta de succión por parte de las crías, también incrementa su actividad. Durante la involución de la glándula mamaria, la translocación lisosomal, mitocondrial y nuclear de las calpaínas está involucrada en la desestabilización progresiva de estos orgánulos durante la muerte celular programada de las células epiteliales secretoras. La liberación del contenido lisosomal al citosol constituye el primer paso en la ejecución de esta muerte celular programada. Al translocarse al lisosoma, las calpaínas participan en la degradación de proteínas asociadas a la membrana lisosomal como LAMP2a y VATB2, identificadas por primera vez como dianas lisosomales de estas proteasas. La translocación mitocondrial de las calpaínas induce una desestabilización de la membrana mitocondrial, con la consiguiente liberación de citocromo c al citosol. En el núcleo de células epiteliales, las calpaínas degradan nucleoporinas ubicadas en posiciones periféricas del complejo del poro nuclear. De hecho, nucleoporinas localizadas en partes centrales del poro, no son degradadas por su inaccesible localización. Sin embargo, también se ha detectado la presencia de calpaína-1 en núcleos de células adipocíticas a las 48 horas de destete. En estas células, se observa que dicha proteasa presenta una función diferente a la presente en células epiteliales. Experimentos realizados in vivo e in vitro demuestran que la calpaina-1 escinde el extremo amino de la Histona H3 en células estromales de ratones destetados. Ensayos de ChIP señalan la presencia de calpaína-1 en los promotores de genes involucrados en la diferenciación y adquisición del fenotipo de adipocito, como CEBPalfa y leptina, sugiriendo la idea de una participación de la calpaína-1 en la diferenciación y proliferación de los adipocitos, a través de la remodelación de la estructura de la cromatina. Nuestras observaciones revelan que, durante la involución de la glándula mamaria, la calpaína-1 estaría involucrada en la retirada masiva del epitelio secretor, además de presentar un posible papel en la adipogénesis. La desregulación de la actividad de estas proteasas se ha correlacionado con un gran número de enfermedades, como distrofias musculares, neurodegeneración y cáncer, entre otras. De hecho, un reciente estudio determinó que un incremento de la actividad de calpaína-2 desemboca en un peor pronóstico y menor supervivencia específica de pacientes con tumores de mama triple negativos. De ahí que, conocer en profundidad el mecanismo de acción, las dianas proteolíticas, y en general, el funcionamiento de las calpaínas en el contexto de la glándula mamaria, pueda contribuir a avanzar en el conocimiento de estas proteasas con potencial implicación en el cáncer de mama.