Mecanismos moleculares y fisopatológicos de la mitofagia en el síndrome MELAS

Abstract

Una importante cantidad de enfermedades humanas consideradas raras son causadas por mutaciones en el DNA mitocondrial. Una de estas enfermedades raras es el síndrome MELAS (mitochondrial myopathy, encephalopathy, lactic acidosis and stroke-like episodes) comúnmente causado por mutaciones puntuales en genes que codifican para tRNA en el DNA mitocondrial. En este trabajo se estudia como esta mutación afecta a la función mitocondrial en cultivos de fibroblastos primarios pertenecientes a dos pacientes con el síndrome MELAS que contienen un cambio de base A3243G en el gen tRNA Leu (UUR). En ambos cultivos primarios, la actividad enzimática mitocondrial y los niveles de coenzima Q (CoQ) se encuentran disminuidos significativamente. Una disminución similar encontramos en el potencial de membrana mitocondrial de estos fibroblastos MELAS. La disfunción mitocondrial está asociada a un incremento del estrés oxidativo y la apertura del poro mitocondrial y aumento de su permeabilidad, que desencadena en una degradación selectiva de mitocondrias malfuncionantes por mitofagia. Estudios de microscopía electrónica confirman una masiva degradación de mitocondrias alteradas por este mecanismo de autofagia selectiva. Cíbridos transmitocondriales que albergan la misma mutación A3243G también muestran una deficiencia de CoQ y un incremento en la actividad mitofágica.

Todas estas anormalidades fueron parcialmente restauradas con una suplementación de CoQ. La autofagia en fibroblastos MELAS fue también eliminada tras el tratamiento con antioxidantes o ciclosporina, sugiriendo que tanto las especies reactivas de oxígeno (ROS) como la permeabilidad del poro mitocondrial (MPT), participan en este proceso. Además, la prevención de la autofagia en fibroblastos de pacientes MELAS con 3-methyl adenine o wortmanina, así como el silenciamiento del gen ATG5, un esencial gen autofágico, por pequeños RNAs de interferencia (siRNAs) resultó en un aumento en la muerte celular, lo que sugiere un papel protector de la autofagia en fibroblastos MELAS.