El interruptor KEAP1-NRF2: cómo se activa y cómo se apaga

Son tres piezas, y conviene tenerlas definidas antes de seguir:

• NRF2 es un factor de transcripción: una proteína que se pega al ADN y hace que la célula lea ciertos genes, que son las instrucciones para fabricar otras proteínas. Se aisló en 1994 y está en casi todas las células del cuerpo. (Moi et al., 1994)
• KEAP1 es la proteína que lo mantiene apagado: lo sujeta fuera del núcleo y lo manda a destruir. (Itoh et al., 1999)
• ARE, el elemento de respuesta antioxidante, es el tramo corto de ADN, delante de cada gen defensivo, donde NRF2 se pega para encenderlo. (Itoh et al., 1997)

Una analogía, y solo eso: KEAP1 funciona como el resorte que mantiene un interruptor en «apagado». La corriente —NRF2— se produce todo el tiempo, pero el resorte la corta en minutos. Cuando aparece estrés oxidativo, que es el exceso de moléculas reactivas de oxígeno sobre las defensas que las contienen, o un compuesto vegetal que reacciona con KEAP1, el resorte cede y el interruptor salta.

Dicho sin la analogía: el sistema funciona por desrepresión. La célula no fabrica NRF2 de cero cuando hay una amenaza; le basta con dejar de destruirlo, y por eso la respuesta se enciende tan rápido. (Yamamoto et al., 2018)

NRF2 se describe por dominios, regiones de la proteína con una función propia, llamados Neh (NRF2-ECH homology). El que importa para el freno es Neh2, en el extremo amino terminal: ahí se une KEAP1. (Itoh et al., 1999)

Dominio	Qué hace
Neh2	Une a KEAP1 por los motivos ETGE y DLG. (Itoh et al., 1999; Tong et al., 2006)
Neh4 y Neh5	Activan la transcripción uniéndose al coactivador CBP. (Katoh et al., 2001)
Neh3	Necesario para activar genes; interactúa con CHD6. (Nioi et al., 2005)
Neh6	Lleva los motivos DSGIS y DSAPGS que reconoce β-TrCP. (Rada et al., 2011; Chowdhry et al., 2013)
Neh7	Región 209-316 donde se une el represor RXRα. (Wang et al., 2013)

Bisagra y pestillo (hinge and latch)

NRF2 no se une a KEAP1 por un punto sino por dos motivos de Neh2, llamados ETGE y DLG por sus aminoácidos. El modelo de reconocimiento en dos sitios los describe como una bisagra (ETGE) y un pestillo (DLG) —la imagen es el nombre del modelo, no una pieza literal— que, según el estado redox de la célula, atenúan la actividad de KEAP1. El estado redox es el balance entre oxidantes y antioxidantes. (Tong et al., 2006)

La ligasa Cul3-Rbx1 y el proteasoma

KEAP1 no se limita a sujetar: marca a NRF2 para su destrucción. (Zhang et al., 2003) Lo hace como adaptador de una ubiquitina ligasa E3, una enzima que pega ubiquitina —una proteína pequeña que sirve de etiqueta de descarte— sobre otras proteínas. Esa ligasa se arma sobre Cullin 3 (Cul3) con Rbx1, también llamada Roc1. (Kobayashi et al., 2004; Chowdhry et al., 2013)

KEAP1 necesita dos de sus regiones para degradar a NRF2: el dominio BTB y la región intermedia IVR, por la que se asocia a Cul3. El NRF2 etiquetado va al proteasoma, el complejo que desarma proteínas, y en reposo dura menos de 20 minutos. (Kobayashi et al., 2004)

El freno es parte del diseño: en ratones sin KEAP1, NRF2 queda encendido de forma permanente en el núcleo y los animales mueren después del nacimiento; al eliminar también NRF2, el fenotipo se revierte. (Wakabayashi et al., 2003) Lo que hace un activador no es quitar KEAP1 sino modular sus cisteínas, que es la señal que la célula ya sabe leer.

Una cisteína es un aminoácido con un átomo de azufre reactivo, el grupo tiol. KEAP1 es rico en cisteínas y funciona como un sensor basado en tioles. (Yamamoto et al., 2018) Un electrófilo es un compuesto que busca electrones y reacciona con esos tioles: los agentes electrofílicos antagonizan la represión de KEAP1 y dejan pasar a NRF2 al núcleo. (Itoh et al., 1999)

Cisteína	Qué hace
C151	La que responde a la señal: es necesaria para que el sulforafano y el estrés oxidativo frenen la degradación de NRF2, y la que modifica el monometilfumarato. (Zhang et al., 2003; Yamamoto et al., 2008; Linker et al., 2011)
C273 y C288	Las que sostienen el freno: sin ellas, KEAP1 no ubiquitina a NRF2 ni lo reprime. (Zhang et al., 2003; Yamamoto et al., 2008)

Se describieron primero en células: C273 y C288 son necesarias para que KEAP1 ubiquitine a NRF2, y C151 para que el sulforafano y el estrés oxidativo frenen su degradación. (Zhang et al., 2003) En ratones, KEAP1 sin C273 o sin C288 no reprime a NRF2; sin C151 lo sigue reprimiendo, pero las células responden peor a un electrófilo. (Yamamoto et al., 2008)

Las moléculas que activan NRF2 comparten ese blanco. El monometilfumarato, metabolito del fumarato de dimetilo, modifica directamente la C151. (Linker et al., 2011) El ácido carnósico del romero reacciona con cisteínas específicas de KEAP1 por S-alquilación, es decir, se une a su azufre de forma covalente, y activa la vía. (Satoh et al., 2008) Qué alimentos aportan activadores, y en qué concentración, está en activar NRF2 con alimentos o con suplementos.

Lo que sigue es inmediato: con KEAP1 modificado, el NRF2 que la célula sigue fabricando deja de destruirse, se acumula y pasa al núcleo. (Itoh et al., 1999)

En el núcleo, NRF2 no actúa solo. Forma un heterodímero, una pareja de dos proteínas distintas, con una Maf pequeña (sMaf), y solo así se une con alta afinidad al ARE. (Itoh et al., 1997) El ARE también se llama EpRE, elemento de respuesta a electrófilos, y hoy se agrupa con otras secuencias bajo el nombre CsMBE; las sMaf en pareja entre ellas reconocen otra secuencia, MARE. (Otsuki et al., 2020)

Para encender el gen, NRF2 recluta al coactivador CBP con sus dominios Neh4 y Neh5 (Katoh et al., 2001) , y necesita el dominio Neh3, en el extremo carboxilo. (Nioi et al., 2005)

Los genes diana

Un gen diana es el que NRF2 enciende al unirse a su ARE. Los mejor descritos son estos:

Gen	Qué fabrica
HMOX1 (HO-1)	Hemo-oxigenasa 1: gen diana y el biomarcador más frecuente de la activación. (Reichard et al., 2007; Balogun et al., 2003)
NQO1	NAD(P)H quinona oxidorreductasa 1, enzima de fase II. (Itoh et al., 1997; Ramos-Gomez et al., 2001)
GCLC y GCLM	Las dos subunidades de la enzima que marca el ritmo de la síntesis de glutatión. (Suh et al., 2004; Chowdhry et al., 2013)
TXNRD1	Tiorredoxina reductasa 1: gen diana de NRF2 que, a diferencia de HMOX1, no depende de BACH1. (Reichard et al., 2007)
GST	Glutatión S-transferasas, enzimas de fase II de detoxificación. (Itoh et al., 1997; Ramos-Gomez et al., 2001)

La red es amplia: los genes que regulan NRF2 y KEAP1 abarcan más del 1% del genoma. (Holmström et al., 2013) Sin NRF2, la actividad basal de GST y NQO1 en hígado y estómago cae entre 50 y 80%, y los inductores pierden casi todo su efecto. (Ramos-Gomez et al., 2001) En qué sistemas del cuerpo trabaja esa red está en en qué puede apoyar la activación de NRF2.

KEAP1 es el freno principal, no el único. La regulación que no pasa por KEAP1 se llama no canónica, y tiene cuatro piezas bien descritas:

Regulador	Cómo actúa
GSK-3 y β-TrCP	GSK-3 fosforila el dominio Neh6 y la ligasa SCF/β-TrCP degrada a NRF2 sin pasar por KEAP1: la «degradación dual». (Rada et al., 2011; Chowdhry et al., 2013)
p62/SQSTM1	Compite con NRF2 por el sitio de unión de KEAP1; si p62 se acumula o la autofagia falla, NRF2 se estabiliza. (Komatsu et al., 2010)
BACH1	Ocupa elementos tipo ARE en células sin estrés; en HMOX1 su represión domina y tiene que retirarse para inducir HO-1. (Reichard et al., 2007)
RXRα	Se une al dominio Neh7 y reprime la expresión dependiente de ARE. (Wang et al., 2013)

GSK-3 es una cinasa, una enzima que agrega grupos fosfato a otras proteínas. La vía PI3K-Akt la frena, y activar GSK-3 inhibiendo esa vía bajó NRF2 y redujo al 10-50% el ARN mensajero de GCLC, GCLM, HO-1 y NQO1. (Chowdhry et al., 2013) p62 conecta a NRF2 con la autofagia, el sistema con que la célula degrada y recicla sus propios componentes. (Komatsu et al., 2010) Y BACH1 muestra que el ARE se disputa: en HMOX1 su represión domina sobre NRF2, mientras que TXNRD1 responde a NRF2 sin depender de BACH1. (Reichard et al., 2007)

Entender el interruptor es lo que permite elegir un activador: el que sirve es el que actúa sobre KEAP1 y deja que tu célula haga el resto, fabricando sus propias defensas. GNM-X reúne tres extractos cuyos compuestos actúan sobre este interruptor:

• Romero → ácido carnósico. Se une a las cisteínas sensoras de KEAP1, el mismo punto que decide si NRF2 se destruye o se libera, y activa sus genes defensivos. (Satoh et al., 2008)
• Jengibre → gingeroles y shogaoles. El 6-shogaol activa la vía NRF2-ARE y sube HO-1 y NQO1, dos de las enzimas que NRF2 enciende. (Yang et al., 2020)
• Sófora → luteolina. Un flavonoide del capullo de Sophora japonica. Los flavonoides actúan sobre este mismo interruptor: la quercetina, de la misma familia, modula la vía NRF2/KEAP1/HO-1. (Yousefi Zardak et al., 2024)

Los tres van juntos en una mezcla de 91 mg, más niacina (vitamina B3, 7 mg NE), en 1 cápsula al día: tu célula sube sus propias defensas —glutatión, HO-1 y NQO1— sin que tengas que calcular dosis de tres plantas por separado. Qué trae cada cápsula, extracto por extracto, está en los ingredientes de GNM-X.

El original, al precio oficial, se pide aquí:

1. Moi P, Chan K, Asunis I, et al. (1994). Isolation of NF-E2-related factor 2 (Nrf2), a NF-E2-like basic leucine zipper transcriptional activator that binds to the tandem NF-E2/AP1 repeat of the beta-globin locus control region . Proc Natl Acad Sci U S A. PMID 7937919 doi:10.1073/pnas.91.21.9926
2. Itoh K, Chiba T, Takahashi S, et al. (1997). An Nrf2/small Maf heterodimer mediates the induction of phase II detoxifying enzyme genes through antioxidant response elements . Biochem Biophys Res Commun. PMID 9240432 doi:10.1006/bbrc.1997.6943
3. Itoh K, Wakabayashi N, Katoh Y, et al. (1999). Keap1 represses nuclear activation of antioxidant responsive elements by Nrf2 through binding to the amino-terminal Neh2 domain . Genes Dev. PMID 9887101 doi:10.1101/gad.13.1.76
4. Katoh Y, Itoh K, Yoshida E, et al. (2001). Two domains of Nrf2 cooperatively bind CBP, a CREB binding protein, and synergistically activate transcription . Genes Cells. PMID 11683914 doi:10.1046/j.1365-2443.2001.00469.x
5. Ramos-Gomez M, Kwak MK, Dolan PM, et al. (2001). Sensitivity to carcinogenesis is increased and chemoprotective efficacy of enzyme inducers is lost in nrf2 transcription factor-deficient mice . Proc Natl Acad Sci U S A. PMID 11248092 doi:10.1073/pnas.051618798
6. Balogun E, Hoque M, Gong P, et al. (2003). Curcumin activates the haem oxygenase-1 gene via regulation of Nrf2 and the antioxidant-responsive element . Biochem J. PMID 12570874 doi:10.1042/BJ20021619
7. Wakabayashi N, Itoh K, Wakabayashi J, et al. (2003). Keap1-null mutation leads to postnatal lethality due to constitutive Nrf2 activation . Nat Genet. PMID 14517554 doi:10.1038/ng1248
8. Zhang DD, Hannink M (2003). Distinct cysteine residues in Keap1 are required for Keap1-dependent ubiquitination of Nrf2 and for stabilization of Nrf2 by chemopreventive agents and oxidative stress . Mol Cell Biol. PMID 14585973 doi:10.1128/MCB.23.22.8137-8151.2003
9. Kobayashi A, Kang MI, Okawa H, et al. (2004). Oxidative stress sensor Keap1 functions as an adaptor for Cul3-based E3 ligase to regulate proteasomal degradation of Nrf2 . Mol Cell Biol. PMID 15282312 doi:10.1128/MCB.24.16.7130-7139.2004
10. Suh JH, Shenvi SV, Dixon BM, et al. (2004). Decline in transcriptional activity of Nrf2 causes age-related loss of glutathione synthesis, which is reversible with lipoic acid . Proc Natl Acad Sci U S A. PMID 14985508 doi:10.1073/pnas.0400282101
11. Nioi P, Nguyen T, Sherratt PJ, et al. (2005). The carboxy-terminal Neh3 domain of Nrf2 is required for transcriptional activation . Mol Cell Biol. PMID 16314513 doi:10.1128/MCB.25.24.10895-10906.2005
12. Tong KI, Kobayashi A, Katsuoka F, et al. (2006). Two-site substrate recognition model for the Keap1-Nrf2 system: a hinge and latch mechanism . Biol Chem. PMID 17081101 doi:10.1515/BC.2006.164
13. Reichard JF, Motz GT, Puga A (2007). Heme oxygenase-1 induction by NRF2 requires inactivation of the transcriptional repressor BACH1 . Nucleic Acids Res. PMID 17942419 doi:10.1093/nar/gkm638
14. Satoh T, Kosaka K, Itoh K, et al. (2008). Carnosic acid, a catechol-type electrophilic compound, protects neurons both in vitro and in vivo through activation of the Keap1/Nrf2 pathway via S-alkylation of targeted cysteines on Keap1 . J Neurochem. PMID 17995931 doi:10.1111/j.1471-4159.2007.05039.x
15. Yamamoto T, Suzuki T, Kobayashi A, et al. (2008). Physiological significance of reactive cysteine residues of Keap1 in determining Nrf2 activity . Mol Cell Biol. PMID 18268004 doi:10.1128/MCB.01704-07
16. Komatsu M, Kurokawa H, Waguri S, et al. (2010). The selective autophagy substrate p62 activates the stress responsive transcription factor Nrf2 through inactivation of Keap1 . Nat Cell Biol. PMID 20173742 doi:10.1038/ncb2021
17. Linker RA, Lee DH, Ryan S, et al. (2011). Fumaric acid esters exert neuroprotective effects in neuroinflammation via activation of the Nrf2 antioxidant pathway . Brain. PMID 21354971 doi:10.1093/brain/awq386
18. Rada P, Rojo AI, Chowdhry S, et al. (2011). SCF/{beta}-TrCP promotes glycogen synthase kinase 3-dependent degradation of the Nrf2 transcription factor in a Keap1-independent manner . Mol Cell Biol. PMID 21245377 doi:10.1128/MCB.01204-10
19. Chowdhry S, Zhang Y, McMahon M, et al. (2013). Nrf2 is controlled by two distinct β-TrCP recognition motifs in its Neh6 domain, one of which can be modulated by GSK-3 activity . Oncogene. PMID 22964642 doi:10.1038/onc.2012.388
20. Holmström KM, Baird L, Zhang Y, et al. (2013). Nrf2 impacts cellular bioenergetics by controlling substrate availability for mitochondrial respiration . Biol Open. PMID 23951401 doi:10.1242/bio.20134853
21. Wang H, Liu K, Geng M, et al. (2013). RXRα inhibits the NRF2-ARE signaling pathway through a direct interaction with the Neh7 domain of NRF2 . Cancer Res. PMID 23612120 doi:10.1158/0008-5472.CAN-12-3386
22. Yamamoto M, Kensler TW, Motohashi H (2018). The KEAP1-NRF2 System: a Thiol-Based Sensor-Effector Apparatus for Maintaining Redox Homeostasis . Physiol Rev. PMID 29717933 doi:10.1152/physrev.00023.2017
23. Otsuki A, Yamamoto M (2020). Cis-element architecture of Nrf2-sMaf heterodimer binding sites and its relation to diseases . Arch Pharm Res. PMID 31792803 doi:10.1007/s12272-019-01193-2
24. Yang L, Yang F, Teng L, et al. (2020). 6-Shogaol Protects Human Melanocytes against Oxidative Stress through Activation of the Nrf2-Antioxidant Response Element Signaling Pathway . Int J Mol Sci. PMID 32429495 doi:10.3390/ijms21103537
25. Yousefi Zardak M, Keshavarz F, Mahyaei A, et al. (2024). Quercetin as a therapeutic agent activate the Nrf2/Keap1 pathway to alleviate lung ischemia-reperfusion injury . Sci Rep. PMID 39367100 doi:10.1038/s41598-024-73075-7