Impact of COX7A2L in the biogenesis of human mitochondrial respiratory chain supercomplexes

Resumen

Los complejos I, III y IV (CI, CIII, CIV) de la cadena respiratoria mitocondrial (CRM) están asociados en estructuras supramoleculares denominadas supercomplejos (SCs) y respirasomas, cuya biogénesis y relevancia tanto funcional como fisiopatológica todavía no están claras. Estas superestructuras originan interdependencias entre los complejos individuales del sistema OXPHOS, lo que conlleva importantes implicaciones para el diagnóstico de las patologías mitocondriales. Ello se debe a que algunos déficits enzimáticos combinados de los complejos de la CRM se pueden atribuir a mutaciones en genes estructurales de un solo complejo. Además, existe un debate intenso y controvertido sobre el papel de la proteína mitocondrial COX7A2L / COX7RP / SCAFI en la función y biogénesis de los SCs. Para dilucidar el papel de COX7A2L en la organización estructural de la CRM en humanos, se realizaron análisis bioquímicos y proteómicos sobre cíbridos transmitocondriales control y mutantes carentes de uno de los complejos de la CRM, así como ensayos de silenciamiento del ARN mensajero de COX7A2L. Los resultados demostraron que COX7A2L se une principalmente al dímero del complejo III (CIII2) y en menor medida al CIV, para promover específicamente la estabilización del SC III2+IV sin afectar a la formación del respirasoma. El estudio se extendió a células HEK293T carentes de COX7A2L (COX7A2L-KO), creadas en el laboratorio mediante la tecnología TALEN. La ausencia de COX7A2L impide la formación del SC III2+IV sin afectar a la biogénesis de novo del CIV; además, promueve un aumento tanto en la cinética de ensamblaje como en los niveles estacionarios del CIII2, al tiempo que retrasa la formación de los SCs que contienen al CIII (que no obstante, alcanzan los niveles estacionarios del control). Ensayos funcionales de competición de sustratos revelaron que en las células COX7A2L-KO aumenta significativamente el flujo de electrones desde el CII al CIII2 al inducir un déficit parcial en la actividad del CI. En conclusión, COX7A2L establecería un punto de control de la biogénesis del CIII2 y de los SCs que contienen al CIII, lo cual limitaría la oxidación del succinato cuando la actividad enzimática del CI está disminuida. Asimismo, estos datos muestran la coexistencia de mecanismos reguladores independientes en la biogénesis del SC III2+IV y de los respirasomas. La función principal de COX7A2L sobre la biogénesis del CIII se confirmó mediante análisis del ensamblaje y composición de los SCs en cíbridos humanos control y mutantes sin CIV debido a mutaciones patogénicas en las subunidades COX1 y COX2. En ausencia del CIV, se identificaron tres bandas correspondientes a diferentes especies del SC I+III2 que también contienen a COX7A2L; de ellas, dos bandas mostraron la presencia de subunidades COX específicas del ensamblaje tardío del CIV. Este trabajo demuestra que la formación del SC I+III2 ocurre antes de la asociación gradual de las subunidades del CIV, las cuales son esenciales para estabilizar dicha estructura y revela la existencia de líneas de ensamblaje alternativas para la síntesis del CIV en su forma individual o asociada a los SCs.