Fisiopatologia de la deficiencia en coq. Evaluación de terapias con la mitocondria como diana terapéutica

Resumen

La CoQ es una molécula lipofílica que se encuentra presente en todas las membranas celulares y que se sintetiza endógenamente en la mitocondria a través de una ruta compleja de la que ignoramos algunos pasos y en la que desconocemos las funciones de algunas proteínas involucradas en dicha ruta. Entre estas proteínas está Coq9, la cual pensamos que debería tener un papel regulatorio de acuerdo a los estudios realizados en levaduras. Una vez sintetizada, la CoQ participa en diferentes reacciones redox fundamentales en el metabolismo celular. Por ello, un déficit en la biosíntesis de CoQ está asociado a un síndrome autosómico recesivo que se manifiesta con un cuadro clínico heterogéneo, cuyas razón es desconocida. Por otro lado, es importante destacar que un alto porcentaje de los tratamientos con suplemento exógeno de ubiquinona-10 en los pacientes con defecto molecular identificado fracasa en su propósito, especialmente aquellos pacientes con síntomas neurológicos. Este fracaso podría deberse, además de por la propia heterogeneidad clínica, a la baja absorción y biodisponibilidad de la ubiquinona-10 administrada exógenamente por vía oral, lo que limita el aumento intramitocondrial de CoQ10, especialmente en cerebro y cerebelo por la dificultad extra de atravesar la barrera hematoencefálica. Hipótesis y Objetivos Debido a que la razón de esta variabilidad clínica no se conoce pensamos que algunos factores tejido-específicos pueden ser claves en su desencadenamiento, entre ellos, la formación y estabilidad de los supercomplejos mitocondriales cuyas variaciones pueden dar lugar a defectos bioenergéticos, y el grado de daño oxidativo y muerte celular. También es fundamental evaluar estrategias terapéuticas que puedan aumentar la efectividad del tratamiento administrado hasta el momento. En este sentido, la administración de ubiquinona-10 en estado reducido, ubiquinol-10, podría aumentar la absorción y biodisponibilidad de la molécula. Asimismo, formulaciones hidrosolubles basadas en la adición de dextrinas podrían también aumentar la absorción y biodisponibilidad de la molécula. Para valorar estas hipótesis nos planteamos los siguientes objetivos: 1.- Generar un modelo animal viable que permita estudiar la función de la proteína Coq9. Este modelo consistirá en un ratón Knock-in que posee dos mutaciones puntuales en el gen Coq9 (ratón Coq9X/X), de manera similar a las identificadas en un paciente deficiente en CoQ. 2.- Realizar una caracterización bioquímica, molecular, histopatológica y fenotípica del ratón Coq9X/X, identificando diferencias entre tejidos y centrando fundamentalmente el estudio en aspectos de bioenergética mitocondrial, estrés oxidativo y muerte celular. 3.- Evaluar el tratamiento de formulaciones solubles en agua de ubiquinona-10 y ubiquinol-10. Conclusiones 1. La proteína Coq9 parece regular específicamente a la proteína Coq7 en la ruta biosintética de la CoQ. 2. La presencia de una proteína Coq9 disfuncional y/o déficit de CoQ en cerebro causa un aumento de los niveles de complejo III libre y descenso del SC. Esto conlleva a una disminución de la respiración mitocondrial y síntesis de ATP. 3. La disfunción mitocondrial en cerebro induce un aumento de daño oxidativo y muerte celular activada por una vía independiente de la ruta de las caspasas. 4. La forma encefalopática de la deficiencia en CoQ es progresiva y cursa con muerte neuronal, astrogliosis severa y degeneración espongiforme. 5. La fórmula soluble en agua del ubiquinol-10 presenta una mejor absorción por los tejidos que la ubiquinona-10. Esta mejora resulta en un aumento de los niveles de CoQ10 en homogenado de tejidos y en mitocondrias de cerebro en ratones Coq9X/X. 6. El ubiquinol-10 es más efectivo que la ubiquinona-10, ya que reduce la vacuolización, astrogliosis, estrés oxidativo e incrementa el peso corporal en ratones Coq9X/X. 7. A pesar de la mejora, el tratamiento con ubiquinol-10 no rescata completamente el fenotipo encefalopático de los ratones Coq9X/X. Teniendo en cuenta que tanto roedores como humanos producen CoQ9 y CoQ10, sería interesante desarrollar y evaluar nuevas terapias encaminadas a incrementar los niveles de ambas quinonas