Implicación de la síntesis de nucleótidos de pirimidina en la enfermedad de Alzheimer

Pese a que las neuronas son células completamente diferenciadas, sus requerimientos de pirimidinas para producir y mantener la extensa membrana plasmática que compone sus neuritas hacen suponer que la ruta de síntesis de novo de nucleótidos de pirimidina necesita estar activa en el cerebro humano adulto. Esta ruta está conectada con el sistema de fosforilación oxidativa (OXPHOS) a través de la enzima DHODH. Muchos pacientes con enfermedad de Alzheimer (AD) muestran una disfunción OXPHOS muy temprana. Así, los individuos con AD podrían, por tanto, tener afectada la síntesis de nucleótidos de pirimidina y la ruta de salvamento de pirimidinas sería particularmente importante para ellos. Con este trabajo hemos confirmado no solo que la ruta de síntesis de novo de nucleótidos de pirimidina se encuentra en cerebro humano adulto, sino que tanto esta ruta como la de salvamento de pirimidinas están afectadas en los pacientes con AD. Además, usando un modelo celular, hemos confirmado como la disfunción OXPHOS, reduciendo secundariamente la actividad de la ruta de síntesis de novo de nucleótidos de pirimidina, provoca alteraciones en distintas funciones neuronales, que son corregidas por la administración de uridina.La disminución en la actividad de las rutas de síntesis de nucleótidos de pirimidina parece ser un mecanismo fisiopatológico de la AD, secundario a la disfunción OXPHOS, que podría tratarse mediante la administración de uridina.<br /

Efecto del genotipo mitocondrial sobre la composición del plasmalema neuronal, la sinaptogenésis y la enfermedad de Alzheimer

La enfermedad de Alzheimer (AD) se define como un proceso neurodegenerativo del sistema nervioso central (CNS). Esta patología se caracteriza por la pérdida de memoria, cambios de comportamiento y confusión, dejando a los pacientes completamente inválidos. Este tipo de procesos mentales dependen del correcto funcionamiento de las redes neuronales. En el caso del AD son las neuronas colinérgicas las que se ven afectadas. Las conexiones neuronales vienen dadas por la correcta sinaptogénesis, y para ello necesitan la producción de neuritas, elongaciones de la membrana plásmatica de la propia célula. Los principales compuestos de la membrana celular son los fosfátidos. Este tipo de molécula necesita para su formación la participación del sistema de fosforilación oxidativa (OXPHOS) y la enzima dihidroorotato deshidrogenasa (DHODH). La combinación de ambos factores da lugar al nucleósido de pirimidina, uridina, precursor de los fosfátidos. Un fallo en la cadena respiratoria de la mitocondria produciría como consecuencia el de la DHODH y una disminución de los niveles de uridina celulares. Se ha observado en diferentes estudios que la administración de uridina y compuestos relacionados (CDP-colina, CTP, UTP) producían una mejoría en pacientes de AD. El estudio de la inhibición de estos dos factores, el sistema OXPHOS y la DHODH, podría explicar el papel de la mitocondria en la formación de la membrana celular y las conexiones neuronales que se ven dañadas con la AD

El sistema de fosforilación oxidativa en la adipogénesis: Efecto de xenobióticos

Además de los 23 pares de cromosomas localizados en el núcleo (nDNA), el genoma humano incluye una multitud de moléculas de DNA localizadas en las mitocondrias, el DNA mitocondrial (mtDNA). El mtDNA codifica 13 subunidades muy importantes del sistema de fosforilación oxidativa (OXPHOS) y los RNAs necesarios para su expresión. Este ruta bioquímica no solo es la principal vía productora de energía de las células, también media la interacción con el ambiente. Por su localización y particularidades genéticas, el mtDNA acumula mutaciones mucho más rápidamente que el nDNA, y algunas de estas mutaciones pueden dar lugar a fenotipos de enfermedad muy graves. Aunque se sabe algo sobre los mecanismos fisiopatológicos de estas mutaciones en las células diferenciadas, se desconoce casi totalmente sus efectos sobre la capacidad de autorrenovación y el potencial de diferenciación de las células madre, necesarias para mantener la dinámica tisular. Por otro lado, el tejido adiposo en mamíferos está compuesto por el tejido adiposo marrón (BAT) y el tejido adiposo blanco (WAT). Su principal función es la de almacenar y liberar triglicéridos, pero tiene además una importante función endocrina, contribuyendo a la regulación de la homeostasis energética. Los adipocitos, y en general el tejido adiposo, son los principales protagonistas tanto en la obesidad como en una serie de enfermedades emergentes asociadas, como la diabetes tipo II, enfermedades cardiovasculares, hipertensión, dislipidemias e incluso algunos tipos de cáncer. Aunque la principal función de la mitocondria sea su participación en el metabolismo energético, recientemente se ha incrementado el número de datos que demuestran el papel de este orgánulo en los procesos de diferenciación celular. Se han publicado algunos resultados que muestran que la maduración de los adipocitos está acompañada de una biogénesis mitocondrial y de un incremento en el metabolismo oxidativo. La adaptación del fenotipo mitocondrial durante la diferenciación se refleja en cambios en la distribución de la red mitocondrial así como en alteraciones en la expresión génica y en la organización del sistema OXPHOS. Existen muchos xenobióticos ampliamente utilizados en medicina, como son los antibióticos ribosomales o los dideoxinucleótidos (inhibidores de polimerasas mitocondriales), cuyos efectos sobre la dinámica celular no han sido bien estudiados. Lo mismo ocurre con otros compuestos frecuentemente utilizados en diferentes actividades humanas (pesticidas, industria alimentaria, etc.). Así, nuestra hipótesis es que dado que estos xenobióticos afectan a la expresión y función del sistema OXPHOS, éstos pueden afectar también a los procesos de autorrenovación y diferenciación adipogénica de las células madre adultas. Como conclusiones más importantes extraídas del desarrollo de esta tesis doctoral se ha visto que la diferenciación adipogénica de células madre derivadas de tejido adiposo (hASC) va acompañada de un proceso de biogénesis mitocondrial, que los antibióticos que se utilizan habitualmente en los laboratorios de cultivo celular afectan a la diferenciación de las hASC a adipocitos, que un tóxico ambiental, cloruro de tributiltina (TBTC), estimula la adipogénesis de las hASC de forma similar a un inhibidor de la ATP sintasa (CV), oligomicina, lo que apoya la hipótesis de que dicho complejo sea la diana del TBTC para sus efectos como obesógeno, que el antibiótico ribosomal linezolid, como inhibidor de la traducción mitocondrial, disminuye la capacidad de diferenciación adipogénica de las hASC y que además provoca cambios en el perfil secretómico de las hASC diferenciadas a adipocito. Concretamente, causa un aumento en la expresión de fibronectina e inhibe la de la apolipoproteína E (ApoE). Además, el linezolid disminuye el estado de metilación global del genoma, por lo que estos cambios epigenéticos pueden ser una de las causas de las alteraciones observadas

Efecto de la inhibición del sistema de fosforilación oxidativa sobre la diferenciación neuronal en la enfermedad de Alzheimer

La enfermedad de Alzheimer es un síndrome neurodegenerativo progresivo del sistema nervioso central caracterizado principalmente por deterioro cognitivo y pérdida de memoria. De acuerdo a la hipótesis de cascada mitocondrial, se ha propuesto que la causa de esta patología podría ser el declive de la funcionalidad del sistema de fosforilación oxidativa mitocondrial, responsable de la generación de energía en las células e implicado en la diferenciación neuronal. Puesto que este declive puede estar acrecentado por factores ambientales, se ha estudiado el efecto que tiene el cloruro de tributilestaño, un xenobiótico ambiental que inhibe el sistema de fosforilación oxidativa, sobre la diferenciación neuronal. El estudio del efecto de concentraciones inhibitorias de la función mitocondrial de este xenobiótico se ha realizado en células SH-SY5Y, modelos celulares de enfermedad de Alzheimer ampliamente utilizados en investigación, durante procesos de diferenciación a neurona colinérgica y dopaminérgica. Concentraciones crecientes de tributilestaño disminuyen la respiración mitocondrial y parecen ser citotóxicas para la línea celular cuando se encuentra sometida a tratamiento con ácido retinoico, un agente inductor de la diferenciación. El análisis morfológico y del marcador neuronal beta-III-tubulina muestran que la exposición a 50 nM de tributilestaño impide la diferenciación neuronal en todos los casos estudiados, mientras que 25 nM impide únicamente la diferenciación colinérgica

Mitochondrial DNA transcription and diseases: Past, present and future

AbstractThe transcription of mitochondrial DNA has been studied for 30 years. However, many of the earlier observations are still unsolved. In this review we will recall the basis of mitochondrial DNA transcription, established more than twenty years ago, will include some of the recent progress in the understanding of this process and will suggest hypotheses for some of the unexplained topics. Moreover, we will show some examples of mitochondrial pathology due to altered transcription and RNA metabolism

Efecto de la variación genética del mtDNA sobre la penetrancia de la mutación m.11778G>A. Meta-análisis de la literatura

La Neuropatía Óptica Hereditaria de Leber (LHON) es la enfermedad mitocondrial más común, caracterizada por desencadenar atrofia óptica y pérdida de la visión central. Se produce por mutaciones puntuales en el DNA mitocondrial de las cuales tres, que comprenden el 90 % de los casos, afectan al complejo I mitocondrial y son consideradas como primarias: m.3460G>A, m.11778G>A y m.14484T>C. Sin embargo, su penetrancia es incompleta, otros factores adicionales, genéticos y/o ambientales, pueden influir su manifestación fenotípica. El presente estudio busca determinar, dentro de estos factores genéticos, el papel que pudieran desempeñar variantes particulares o privadas en las diferencias de penetrancia observadas en distintas familias portadoras de la mutación m.11778G>A. Requiriéndose para ello una amplia revisión de la literatura, seguida de un detallado análisis de secuencias y culminando con un tratamiento estadístico. Se logró generar una población artificial que se sometió a una reanálisis de la penetrancia. Se registraron las variantes presentes en la población determinándose su relevancia en base a criterios particulares del estudio. Se sometieron a un test exacto de Fisher que arrojó resultados cercanos a la significación y una prueba X2 que aportó resultados significativos, aceptándose con ello la hipótesis planteada en el estudio. No obstante, futuros estudios funcionales continúan siendo necesarios para corroborar que determinadas variantes particulares puedan ser realmente responsables del incremento de penetrancia observado en familias con la mutación m.11778G>A. <br /

Mutaciones mitocondriales no comunes de la neuropatía óptica hereditaria de Leber: META-ANÁLISIS

INTRODUCCIÓN: La neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON) es una enfermedad caracterizada por producir clínica oftalmológica de pérdida de visión aguda/subaguda y escotomas centrales del campo visual, hiperemia/palidez del disco papilar, adelgazamiento de las capas de la retina y presencia de microvascularización o telangiectasias. La afectación visual suele afectar primero a un ojo y en un intervalo de semanas o meses, afectar al ojo contrario. Esta enfermedad se debe a una alteración del sistema de fosforilación oxidativa (OxPhos), encargado de la formación de ATP. Es debida principalmente a mutaciones a nivel del DNA mitocondrial, siendo la m.3460G>A, m.11778G>A y m.14484T>C responsables entre el 85-90 % de los casos, pero hay otras mutaciones llamadas no clásicas que también son patógenas de la enfermedad. OBJETIVO: Ver si hay diferencias clínicas o fenotípicas entre LHON debido a mutaciones clásicas y no clásicas.MATERIAL Y MÉTODOS: Estudio comparativo no estadístico entre casos LHON por mutaciones clásicos y no clásicas.RESULTADOS: Media global de casos LHON no clásico por familia = 3,2, con una penetrancia del 34 %. Proporción varón/mujer de 1,6. Media global de inicio de la enfermedad de 22 años, con una media y mediana de tiempo de afectación entre ambos ojos de 62 y 14 días respectivamente. Media de agudeza visual del ojo derecho de 0,118 y 0,123 del ojo izquierdo. Mayor asociación a fenotipos adicionales para los genes MT-ND5 y MT-ND6. Características fenotípicas similares a los LHON clásicos. Proporción de homoplasmia del 74 % y 26 % de heteroplasmia, aunque mayor número de casos heteroplásmicos en los genes MT-ND5 y MT-ND6.DISCUSIÓN: Tanto la edad de aparición de la enfermedad como la clínica y presentación fenotípica de los LHON no clásicos no difiere significativamente de los LHON clásicos. La heteroplasmia sin embargo parece tener más importancia en las mutaciones no clásicas en cuanto a la presentación de fenotipos adicionales y gravedad clínica; no tanto así en la LHON clásica. Mayor patogenia y presencia de fenotipos adicionales en las mutaciones a nivel del gen MT-ND5.CONCLUSIÓN: No se han encontrado diferencias clínicas significativas entre el LHON clásico y no clásico. <br /

Dieta cetogénica y enfermedad OXPHOS

Las dietas cetogénicas (KD), tanto la KD clásica como sus modificaciones, están caracterizadas por un alto consumo de grasas y bajo de carbohidratos, imitando los cambios metabólicos que se producen durante la inanición. Este tipo de dietas se han comenzado a utilizar para tratar enfermedades metabólicas derivadas de mutaciones mitocondriales, como es el caso de la epilepsia y otras enfermedades del sistema de fosforilación oxidativa. Se ha visto que, en pacientes con epilepsia farmacoresistente, este tipo de dietas reduce las convulsiones hasta en más de un 50%. La clave de esta dieta reside en que la energía proviene de las grasas, no de los carbohidratos. Esto provoca cambios en cuanto al método de producción de energíaque deriva en alteraciones en numerosas vías bioquímicas, restaurando de esta forma la homeostasis energética y metabólica del cerebro y obteniendo resultados muy prometedores como tratamiento de este tipo de enfermedades.<br /

Modificaciones de los tRNAs Mitocondriales y Enfermedades por Mutaciones en el mtDNA

Meta-análisis de los mt-tRNAs humanos para estudiar si existe una relación entre las mutaciones localizadas en las bases que se encuentras modificadas en su estado fisiológico y el padecimiento de ciertas patologías con el objetivo de, en caso de probarse esta hipótesis cierta, poder establecer un criterio más concreto para poder diagnosticar estas enfermedades de forma rápida y efectiva.<br /

Xenobiotics that affect oxidative phosphorylation alter differentiation of human adipose-derived stem cells at concentrations that are found in human blood

Adipogenesis is accompanied by differentiation of adipose tissuederived stem cells to adipocytes. As part of this differentiation, biogenesis of the oxidative phosphorylation system occurs. Many chemical compounds used in medicine, agriculture or other human activities affect oxidative phosphorylation function. Therefore, these xenobiotics could alter adipogenesis. We have analyzed the effects on adipocyte differentiation of some xenobiotics that act on the oxidative phosphorylation system. The tested concentrations have been previously reported in human blood. Our results show that pharmaceutical drugs that decrease mitochondrial DNA replication, such as nucleoside reverse transcriptase inhibitors, or inhibitors of mitochondrial protein synthesis, such as ribosomal antibiotics, diminish adipocyte differentiation and leptin secretion. By contrast, the environmental chemical pollutant tributyltin chloride, which inhibits the ATP synthase of the oxidative phosphorylation system, can promote adipocyte differentiation and leptin secretion, leading to obesity and metabolic syndrome as postulated by the obesogen hypothesis