Mexicanos estudian respiración celular para comprender desarrollo de enfermedades neurodegenerativas en niños
5 de abril de 2018
Científicos del Instituto de Fisiología Celular de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) analizaron y describieron los complejos procesos involucrados en la respiración celular que son esenciales para producir la energía requerida por el cuerpo, a fin de comprender el desarrollo de algunas enfermedades neurodegenerativas infantiles —como el síndrome de Leigh o el síndrome MELAS—.
Liderados por la doctora Xóchitl Pérez Martínez, los investigadores estudiaron el proceso de ensamblaje de los complejos de proteínas bc1 o complejo III y el complejo IV o citocromo c oxidasa, que se forman por asociaciones entre enzimas (proteínas) y juegan un papel fundamental para que se realice la respiración a nivel celular, pues permiten convertir el oxígeno que respiramos en agua.
“La respiración se lleva a cabo en un organelo de la célula conocido como mitocondria y es en ese punto donde el oxígeno que los seres humanos respiramos se transforma en el vapor de agua que exhalamos. Lo que estudiamos es cómo se ensamblan los complejos bc1 y el complejo IV, porque cada uno de estos complejos está hecho de varias proteínas y lo que tratamos de definir es cómo se ensamblan para llegar a un complejo respiratorio funcional”, detalló Pérez Martínez.
La experta explicó que en los humanos, cuando hay errores durante el ensamble de dichos complejos, se produce un fallo en la producción de energía, siendo en ocasiones baja e incluso nula. Esta falta de energía deriva en daño a los órganos vitales del cuerpo que más energía requieren, como el cerebro, los músculos y el corazón, pero principalmente al cerebro. Por ello, algunas enfermedades neurodegenerativas están asociadas a tales procesos. En el caso particular de los niños, derivan en síndromes como el de Leigh (causado por anomalía genética que propicia pérdida de complejos enzimáticos y alteración de la funcional mitocondrial) y MELAS (trastorno neurodegenerativo progresivo caracterizado por miopatía, encefalopatía, acidosis láctica y episodios tipo ictus, originado por mutación en el ADN mitocondrial), que les causan la muerte a temprana edad. “Es por eso que difícilmente encontramos adultos con esos padecimientos, los hay, pero son pocos casos”, aclaró.
El trabajo de Pérez Martínez y su equipo se basó en análisis que realizan desde hace cinco años utilizando un modelo de levadura de pan, pues conserva procesos muy similares a los que efectúan las células humanas y es mucho más sencillo de estudiar, lo que permite entender a fondo los mecanismos en la levadura para después trasladar y aplicar ese conocimiento a los seres humanos.
De esta forma, los científicos identificaron que el complejo bc1 —integrado por 10 proteínas— requiere de todas sus proteínas para que la enzima esté activa, y que una de ellas, el citocromo b, tiene su gen presente en el genoma de la mitocondria, mientras que las otras nueve tienen sus genes en el núcleo de la célula. Es ahí donde se sintetizan las proteínas y eventualmente se importan a la mitocondria, donde finalmente se ensambla todo el complejo.
“A esta proteína que está codificada en la mitocondria y que es de origen bacteriano, la estamos estudiando para ver cómo se sintetiza, qué proteínas se requieren para sintetizar a la subunidad citocromo b, en qué momento es regulada, cómo funciona y cómo esta síntesis se acopla para ensamblarse con las otras nueve proteínas para crear un complejo activo”, detalló.
Para el trabajo, los investigadores obtuvieron anticuerpos capaces de identificar proteínas, generaron cepas mutantes de levadura —con mutaciones en el gen mitocondrial de citocromo b y Cbp3—, y produjeron proteínas que ayudaran a ensamblar el complejo.
Con ello, evaluaron si las cepas mutantes respiraban o no, esto para entender qué proteína interactuaba con cuál, de qué dependía esa interacción y si había interacciones entre proteínas y ácidos nucleicos.
Los científicos hallaron que algunas de las mutantes no respiraban y esto se debía, en algunos casos, a que el citocromo b no se estaba sintetizando, mientras que en otras, incluso con síntesis del citocromo b, no había respiración debido a la falta de unas moléculas llamadas hemos b, que son necesarias para que el citocromo b se convierta en una proteína funcional.
Los resultados también revelaron que la proteína Cbp6 permite que el citocromo b se arme bien y sea funcional para que se le unan las moléculas hemos b; y que la proteína Cbp3 se une al ribosoma mitocondrial —maquinaria donde se sintetizan las proteínas— así como a ácidos nucleicos, y que esa unión seguramente también es parte del mecanismo que genera ensambles efectivos.
“En este proceso, descubrimos que unas chaperonas llamadas Cbp3 y Cbp6 son necesarias para unir el ARN mensajero del citocromo b, es decir, material genético dentro de la mitocondria. Esto nunca se había visto, nosotros descubrimos esto y ahora estamos tratando de descubrir para qué sirve dicha unión”.
El estudio se publicó recientemente en la revista Journal of Biological Chemistry.
https://www.salud.carlosslim.org/mexicanos-estudian-respiracion-celular-para-
comprender-desarrollo-de-enfermedades-neurodegenerativas-en-ninos/
