Mecanismos y factores implicados en la plasticidad de la cadena de transporte electrónico mitocondrial

Resumen

La existencia de los supercomplejos respiratorios es un hecho ampliamente aceptado por la comunidad científica desde hace tan solo unos pocos años. En la actualidad, el debate se centra en si estas estructuras poseen o no verdadera relevancia funcional. Entre las funciones atribuídas a los supercomplejos respiratorios, se encuentra la capacidad de estabilizar complejos individuales, especialmente el complejo I. Sin embargo, una visión más compleja de la organización de este sistema supone atribuirle una naturaleza dinámica. Esta es la hipótesis postulada por el “modelo de plasticidad”, que plantea que la cadena de transporte electrónico sería capaz de adaptar su organización y actividad a estímulos metabólicos, confiriendo por tanto a la asociación y disociación de supercomplejos un rol esencial en la regulación del metabolismo. La adaptación estructural de la cadena de transporte al cambio en la ratio NADH/FADH2 por cambio en la proporción de los tipos de sustrato aportados, fue previamente descrita. Este fenómeno, implica disminución en los niveles de complejo I para una reconfiguración de la cadena que permita la optimización de la entrada de electrones desde NADH o FADH2, según sea la proporción de éstos. En este trabajo de tesis ha sido descrito el mecanismo que media este proceso. Dicho mecanismo, que implica la generación de transporte reverso de electrones a complejo I por incremento en el estado reducido de la coenzima Q, genera daño oxidativo en el complejo I que produce su degradación. Este fenómeno es también responsable de la degradación de complejo I en células carentes de complejo III, citocromo c y complejo IV. La carencia de complejo I en estos modelos se consideraba, hasta ahora, una evidencia de la dependencia estructural del complejo I por la presencia del resto de componentes de la cadena. La descripción de este mecanismo permite descartar esta hipótesis y afirmar que es la sobre-reducción de coenzima Q debida al fallo en la cadena, la causa de desestabilización de complejo I en ausencia de complejo III, citocromo c o complejo IV. Por otro lado, el estudio de la plasticidad de la cadena de transporte mitocondrial implica la búsqueda de factores de ensamblaje o proteínas reguladoras de función de supercomplejos respiratorios. La caracterización de este tipo de factores permitiría, además de aumentar el conocimiento sobre el modo en que la cadena se reorganiza, modular la asociación y función de supercomplejos para el análisis de su relevancia funcional. En este trabajo, el análisis por espectrometría de masas de geles nativos, usualmente utilizados para la resolución de complejos y supercomplejos respiratorios, permitió identificar el perfil de migración en gel de cada proteína mitocondrial. Estudios posteriores de correlación entre perfiles de migración de cada proteína identificada y de cada complejo respiratorio, permitieron obtener proteínas candidatas de interacción con complejo I. El mejor de esos candidatos, la proteína EXTL1, fue analizada para su validación. Experimentos preliminares parecen sugerir la existencia de una isoforma mitocondrial de EXTL1, de menor tamaño y con probable actividad glicosiltranferasa. En resumen, el trabajo contenido en esta tesis doctoral, aporta evidencias a favor de la naturaleza dinámica de la cadena de transporte electrónico.