Caracterización de la función de la proteína coq7 de saccharomyces cerevisiae en la regulación de la síntesis de coenzima q

  1. Martin-Montalvo Sanchez, Alejandro
Dirixida por:
  1. Carlos Santos-Ocaña Director

Universidade de defensa: Universidad Pablo de Olavide

Fecha de defensa: 16 de xullo de 2009

Tribunal:
  1. Plácido Navas Presidente
  2. Gloria Teresa Brea Calvo Secretaria
  3. Antonio Ayala Gómez Vogal
  4. Isabel Burón Romero Vogal
  5. José Manuel Villalba Montoro Vogal
Departamento:
  1. Fisiología, Anatomía y Biología Celular

Tipo: Tese

Teseo: 303842 DIALNET

Resumo

El conocimiento de la regulación de la ruta de biosíntesis del coenzima Q (CoQ) es un requisito esencial para la búsqueda de nuevas terapias en pacientes con deficiencias de coenzima Q. El estudio realizado permite establecer el primer tipo de regulación post-traduccional en la síntesis de CoQ en levaduras. La fosforilación de 3 aminoácidos presentes en la proteína Coq7p modula la producción de CoQ, siendo el estado fosforilado el que produce un menor contenido quinónico, mientras que el estado defosforilado produce un aumento del mismo. La caracterización de las versiones modificadas de Coq7p refleja una disfunción mitocondrial que redunda en una disminución de las actividades mitocondriales dependientes de CoQ, una menor resistencia al estrés oxidativo, un aumento de la carbonilación de proteínas y de la producción de especies reactivas del oxígeno. Los ensayos de envejecimiento cronológico establecen que una disminución moderada del contenido quinónico prolonga la longevidad. Dado se acompaña de altos niveles de carbonilación y superóxido, la extensión de la longevidad sería debida a un proceso de hórmesis en estas células. Por el contrario, una mayor acumulación de CoQ disminuye la longevidad cronológica debido a una posible disfunción de la proteína Coq7p, posiblemente a través de su interacción con el complejo III mitocondrial. Ensayos in vitro e in vivo han demostrado que la proteína Coq7p es una fosfoproteína. Se ha descrito una disminución de la fosforilación de Coq7p en los medios de cultivo en los que es necesaria la activación de la respiración mitocondrial y la biosíntesis de CoQ. El estado de defosforilación de Coq7p aumenta la actividad del complejo final de síntesis de CoQ compuesto por las proteínas Coq3p-Coq9p que cataliza la conversión del precursor DMQ6 hacia CoQ6 en levaduras, mientras que el estado fosforilado disminuye la actividad del mismo. Una vez conocida esta regulación post-traduccional de la actividad de la enzima Coq7p, se inició la búsqueda de las proteínas encargadas de regular la su actividad, especialmente la búsqueda de fosfatasas activadoras de la síntesis de CoQ. Tras un análisis exhaustivo de la literatura centífica se determinó que las fosfatasas Ptc6p y Ptc7p podrían regular la síntesis de CoQ en levaduras. Los estudios de expresión génica han permitido establecer que las situaciones de estrés oxidativo y nutricional activan la expresión de las fosfatasas que regulan la biosíntesis de CoQ en levaduras. La localización celular de las fosfatasas es mitocondrial, al igual que las proteínas de los complejos de la cadena transportadora de electrones y el propio complejo de síntesis de CoQ. La falta de la fosfatasa mitocondrial Ptc6p disminuye los niveles de CoQ6 y aumenta la acumulación de DMQ6, sustrato de la proteína Coq7p. En el caso del mutante PTC7 existe una disminución del contenido quinónico que no afecta a la acumulación de DMQ6. Ambos mutantes presentan disminuidas las actividades mitocondriales dependientes de CoQ. La disminución de la producción de estrés oxidativo y el incremento en el consumo de oxígeno de las levaduras deficientes en la expresión de las fosfatasas Ptc6p y Ptc7p implican un mejor ajuste de la respiración mitocondrial pero, la falta de las fosfatasas deriva en una limitación de la protección en situaciones de estrés oxidativo, un aumento de la carbonilación de proteínas y una disminución en la longevidad cronológica. Este efecto sobre la longevidad cronológica indica que existen otras funciones en las que están involucradas estas proteínas. Ha sido descrito el papel de la fosfatasa Ptc6p en la regulación de la mitofagia, por lo que estas fosfatasas podrían actuar regulando varios procesos fisiológicos separados temporalmente en el ciclo de vida de las levaduras; en la fase exponencial activan la síntesis de CoQ defosforilando a Coq7p y en la fase post-diáuxica defosforilan a proteínas inductoras de la mitofagia. Las proteínas recombinantes Ptc6p y Ptc7p son proteín-fosfatasas y son capaces de defosforilar a la proteína recombinante Coq7p. Las levaduras deficientes en la producción de las fosfatasas mitocondriales Ptc6p y Ptc7p presentan un nivel de fosforilación de la proteína Coq7p superior, permitiendo establecer que estas fosfatasas son las encargadas de la defosforilación de Coq7p en levaduras. Figura 56. Modelo de biosíntesis de regulación mediante ciclos de fosforilación de la proteína Coq7p en Saccharomyces cerevisiae Los datos obtenidos del estudio de la regulación mediante fosforilación de Coq7p permiten establecer un modelo de regulación de la biosíntesis de CoQ en levaduras en el que las fosfatasas Ptc6p y Ptc7p activarían la producción de CoQ. En el caso de la proteína Ptc6p, parece estar involucrada en la activación de la producción de CoQ en situaciones de limitación de nutrientes en los medios de cultivo, y en menor medida, ante situaciones de estrés oxidativo y osmótico, mostrando por ello una menor sensibilidad a los tratamientos en presencia de agentes causantes de estrés oxidativo que el mutante PTC7. Por el contrario, la fosfatasa Ptc7p activaría la producción de CoQ tan solo en situaciones de estrés oxidativo, por lo que es factible que sólo se hayan encontrado homólogos de la fosfatasa Ptc7p en eucariotas superiores. El conocimiento que se desprende del trabajo realizado en levaduras permite hipotetizar un modelo similar en eucariotas superiores y marca el comienzo de una línea de trabajo en la búsqueda de nuevas terapias en el tratamiento de deficiencias primarias y secundarias de coenzima Q en pacientes.