Identificación y caracterización de nuevos genes implicados en la función OXPHOS y su posible asociación a patologías humanas

Resumen

Resumen 2 La mitocondria es un orgánulo clave en la ejecución de numerosas funciones celulares, destacando entre ellas la síntesis de energía química en forma de ATP por el sistema de fosforilación oxidativa (OXPHOS). Alteraciones funcionales de este sistema provocan las denominadas patologías mitocondriales OXPHOS. La mitocondria posee su propio genoma (ADNmt), que en mamíferos codifica tan solo 13 proteínas de las aproximadamente 1500 que conforman el proteoma mitocondrial, el resto están codificadas en el ADNn. En la actualidad, existe un número importante tanto de proteínas mitocondriales no caracterizadas como de patologías mitocondriales en las que se desconoce el gen afectado. Ello dificulta enormemente el diagnóstico genético de pacientes y la comprensión del mecanismo molecular de muchas patologías mitocondriales. Estudios previos en nuestro laboratorio revelaron que genes esenciales para la función OXPHOS y altamente conservados (mt-Tfb1, GatC, Pol- y Coa3) están codificados sobre ARNm bicistrónicos en Drosophila, sugiriendo lo que podía ser una tendencia en la organización de genes mitocondriales de este organismo. Por tanto, su rastreo podría utilizarse como herramienta para identificar genes mitocondriales evolutivamente conservados no descritos. El trabajo de esta Tesis Doctoral refuerza la observación anterior identificando un nuevo gen implicado en la función OXPHOS no descrito previamente y describe una enfermedad humana provocada por una mutación en el ortólogo de un gen codificado en un bicistrón en Drosophila. Así, hemos caracterizado la primera mutación patogénica en la subunidad GatC de la enzima heterotrimérica glutamil-ARNtGln-mt amidotransferasa (GatCAB) en un paciente con cardiomiopatía y acidosis láctica. GatCAB participa en la síntesis del Gln-ARNtGln-mt como respuesta a la ausencia de una glutaminil-ARNt-mt sintetasa (QARS2). Los fibroblastos derivados del paciente mostraron que una reducción en los niveles de GATC provoca una caída del resto de proteínas que conforman la enzima, GATA y GATB. Además, confirmamos que la disminución de estas subunidades provoca un grave defecto en la traducción de las proteínas codificadas en el ADNmt, corroborando la funcionalidad de la vía de transamidación en la mitocondria humana. Por otro lado, el rastreo de genes candidatos a participar en la función OXPHOS mediante el análisis de los ARNm bicistrónicos de Drosophila nos ha permitido identificar y caracterizar parcialmente la proteína C6orf203, una proteína localizada en la matriz mitocondrial de 19 kDa. Su caracterización funcional mediante el uso del sistema de edición genómica CRISPR/Cas9 nos ha permitido concluir que participa en el proceso de traducción mitocondrial, formando parte de complejos macromoleculares de más de 1000 kDa. En conclusión, en este trabajo hemos avanzado tanto en la caracterización de un gen asociado por primera vez a patología mitocondrial humana como en la identificación y caracterización de una nueva proteína mitocondrial implicada en la función OXPHOS.