Resumen por  Mari Luz González Casas

Para escuchar en mp3 toda la ponencia ir al siguiente link:  http://download.yousendit.com/4770340D7694F40B

 Encuentro Ataxias 2008 

Organizado por el

Colectivo Ataxias en Movimiento, Madrid 

  

Madrid, 29 de abril de 2008 

Sexta ponencia científica

 Dr. Joaquim Ros, Universidad de Lleida

“Modificación oxidativa selectiva de proteínas en modelos de levadura de Ataxia de Friedreich”

 Dr. Joaquim Ros

El Dr. Joaquim Ros y su equipo son especialistas en bioquímica del estrés oxidativo usando el modelo de células de levadura. Las levaduras tienen una proteína, la YFH1, que es estructuralmente muy similar a la frataxina humana, la proteína deficiente en ataxia de Friedreich. En modelos de levadura que carecen de esta proteína, se puede restablecer su función introduciendo en estas levaduras la frataxina humana. Por lo tanto, esto justifica que se esté usando como modelo para comprender mecanismos que subyacen a esta patología.

Las levaduras comparten varios aspectos  con los mamíferos:

-         Localización de esta proteína en la mitocondria

-         Tanto en levaduras como en mamíferos se acumula hierro de la misma forma

-         Deficiencia en la actividad de los enzimas que contienen hierro-azufre y su función de unión al hierro.

Al comparar el proteoma de unas células carentes de YFH1 (gen de la frataxina) con otras células que contienen YFH1 se observa que en las células carentes de frataxina había una serie de proteínas distintas. Mediante técnicas de espectrometría de masas se identificó esas proteínas; se vio que   todas ellas tenían  relación con el estrés oxidativo.

Hay una serie de proteínas relacionadas con defensas antioxidantes, entre las cuales se hallan proteínas mitocondriales y también citosólicas. De todas ellas, las más importantes son las superóxido dismutasas (SOD), que catalizan la dismutación de superóxido en oxígeno y peróxido de hidrógeno. Es decir, destruyen las especies reactivas del oxígeno (ROS), las que van dar lugar a radicales libres del oxígeno que dañan la macromolécula. Debido a esto, la superóxido dismutasa es una importante defensa antioxidante en la mayoría de las células expuestas al oxígeno.

Al igual que las otras proteínas, también las superóxido dismutasas estaban aumentadas en las células carentes de frataxina. Se midió la actividad de estas proteínas y sorprendentemente, a pesar de que había más proteínas, su actividad era casi nula. Es decir, había una proteína antioxidante, expresada en grandes cantidades, pero con muy poca actividad.

Se barajan dos posibles causas:

-         La proteína puede estar alterada

-         A la proteína le falta su co-factor

En este caso concreto, el co-factor de la superóxido dismutasa es el manganeso. Se mide el manganeso en estas células y se llega a la conclusión de que la concentración de manganeso era muy baja, lo cual explica perfectamente por qué, aún existiendo la proteína, esta tenía escasa actividad.

Al sustituir los niveles de manganeso en la célula, se recuperaba perfectamente la actividad de la superóxido dismutasa, y con ello se recuperaba la capacidad antioxidante de la célula.

Por otra parte, las proteínas que contienen centros  hierro-azufre, son proteínas que se dañan, que pierden su actividad en este modelo celular. Pues bien, cuando recuperamos la actividad de la superóxido dismutasa con manganeso, muchas de las proteínas recuperaban su actividad.

¿Cuál es la consecuencia del acúmulo de hierro intracelular?

Cuando los aniones superóxidos se acumulan - y esto podría ser el caso debido a la baja actividad de la superóxido dismutasa – se produce un aumento del peróxido de hidrógeno, acompañado de un aumento de hierro intracelular. Merece especial atención el hierro en forma ferrosa, porque es capaz de ceder un electrón y formar peróxido de hidrógeno, y este a su vez, apoyado por el hierro ferroso, puede producir el temido radical hidroxilo (OH). Este radical va a dañar macromoléculas, como proteínas, DNA, líquidos de membrana etc..

¿Las células deficitarias en manganeso, acumulan también hierro ferroso?

Mediante fluorescencia se demuestra  que efectivamente hay acúmulo de hierro ferroso.

Al producirse el radical hidroxilo, la proteína va a modificar su estructura y una parte de esta alteración es la formación de los llamados grupos carbonilo.

La formación de esta alteración está restringida a sitios muy concretos de la proteína y ello comporta la pérdida de función de esta proteína. La ventaja es que estas modificaciones son fáciles de  detectar. Se puede marcar esta proteína con un agente químico, y una vez marcada, se puede detectar mediante técnicas básicas  de bioquímica. De esta forma se pudo comprobar qué proteínas tenían daño oxidativo específico en las células deficitarias en el gen YFH1. Además había que averiguar si estas proteínas eran importantes para la célula.

Conclusión: Algunas de estas proteínas son muy importantes, pues son por ejemplo subunidades de la ATP sintasa. La ATP sintasa es una proteína de las mitocondrias que nos provee de energía, sintetiza ATP, y por lo tanto su pérdida de función puede ser bastante problemática para la célula.

Si este experimento de daño oxidativo se hace en presencia de desferrioxamina (un quelante del hierro) en el medio de cultivo, entonces el daño oxidativo es mucho menor. Aquí el experimento  se muestra con piruvato quinasa pero se podría haber escogido cualquier otra.

El equipo del Prof. Ros no ha hecho este experimento con otros quelantes como la deferiprona, pero existe la posibilidad de que se lleve a cabo próximamente.

De este estudio con proteínas se sacan además  las siguientes conclusiones:

-         La mayoría de estas proteínas son proteínas mitocondriales. Esto no es sorprendente, ya que el acúmulo de hierro y la falta de frataxina se manifiestan en la mitocondria.

-         Muchas de estas proteínas son proteínas que unen magnesio directamente o a través de nucleótidos. Teniendo en cuenta que aquellas proteínas que unen hierro, las hierro-azufre, podían perderlo por efecto del radical- el anión superóxido-, esto provocaría un aumento del hierro intracelular, además de poner en marcha  otros mecanismos que también incorporarían hierro dentro de la célula. Debido al aumento de este hierro intracelular podrían sustituir al magnesio, que de forma fisiológica y funcional está unido a determinadas proteínas y de esta manera promover la catálisis de estrés oxidativo.

Además, los nucleótidos trifosfatos ATP, GTP etc.. tienen una gran capacidad de unir iones ferrosos. Por lo tanto, en aumento de esta cantidad de hierro, se podría promover la sustitución del hierro por el magnesio a través del ATP, y con ello provocar más daño oxidativo a estas proteínas.

Concluyendo, todo esto nos da la clave de por qué  el daño oxidativo afecta específicamente a estas proteínas, a estos mecanismos y sin embargo no afecta de forma general a todas ellas.

Hemos visto que al suplementar estos cultivos celulares con manganeso, suponía un restablecimiento de la capacidad antioxidante. En la siguiente etapa de investigación, se añadió manganeso y trazos de cobre al medio de cultivo. El cobre es un cofactor de otro isoenzima de la superóxido dismutasa, con lo cual se restablece la capacidad antioxidante de forma más completa.

El Dr. Ros y su equipo han comenzado recientemente  experimentos con cultivos celulares de neuronas para ver si las conclusiones especificadas en este trabajo son validables o no, y para ello van a usar los efectos de  RNAs de interferencia del gen de la frataxina sobre estos modelos de neuroblastoma, utilizando lentivirus. Los resultados preliminares obtenidos de momento, muestran que ya se ha detectado una cierta interferencia del gen de la frataxina y se observa también un aumento de la cantidad de superóxido dismutasa 2, así como una disminución de su actividad.

En células eucariotas superiores se estudiará también la influencia de los niveles de manganeso, y cómo estos niveles afectan a enzimas que están implicados en metabolismos muy importantes dentro de las neuronas. Por ejemplo, la piruvata carboxilasa entre otras, es una enzima que utiliza manganeso. Se comprobará si estas enzimas muestran déficit de actividad en estos sistemas.

El legado de Marie Schlau: regala literatura, regala solidaridad

Una historia con la ataxia de Friedreich como hilo conductor, llena de intriga, emociones y giros inesperados. Con todos los ingredientes para triunfar, ¡ahora sólo falta que tú la leas!
Todos los fondos recaudados serán destinados a la investigación médica para encontrar una cura a la ataxia de Friedreich, una grave enfermedad neurodegenerativa e incapacitante, que afecta sobre todo a niños y jóvenes y confina a los afectados a una silla de ruedas, además de provocar a menudo la pérdida de visión y de oído entre otros efectos, acortando la esperanza de vida a unos 40 años. Por eso, y porque actualmente no existe una cura, te animamos a ayudarnos a derrotar a la ataxia de Friedreich, mientras lees una historia que te enganchará y no te dejará indiferente.
Puedes comprar el libro en Amazon:
Versión impresa: https://www.amazon.es/Legado-Marie-Schlau-colectiva-Friedreich/dp/1523287411
Versión e-book (Kindle): https://www.amazon.es/Legado-Marie-Schlau-colectiva-Friedreich-ebook/dp/B01NAZ8UVS

Proyectos de investigación de la ataxia de Friedreich financiados por BabelFAmily

Cada vez que hagas un donativo o compres un ejemplar de nuestro proyecto literario "El legado de Marie Schlau", el 100% de lo recaudado será destinado a investigación biomédica sobre la ataxia de Friedreich.

En la actualidad la asociación BABELFAMILY financia dos proyectos muy prometedores:

1) Terapia de reemplazamiento de la proteina FRATAXINA: Más información aquí:

https://www.irbbarcelona.org/es/news/nuevo-frente-de-ataque-en-la-investigacion-de-la-ataxia-de-friedreich
Las asociaciones de familiares y pacientes Babel Family y la Asociación Granadina de la Ataxia de Friedreich (ASOGAF) impulsan con 80.000 euros de sus fondos de donaciones (50% cada una), un nuevo proyecto de investigación en el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) de 18 meses de duración. El objetivo concreto del proyecto es resolver una etapa necesaria hacia la meta de conseguir en el futuro una terapia de reemplazamiento de la proteína frataxina para los afectados de Ataxia de Friedreich, haciéndola llegar al cerebro, órgano en el que los bajos índices de esta proteína causan más daño.

El estudio lo dirige el científico Ernest Giralt en el laboratorio de Péptidos y Proteínas, con una larga experiencia y reconocimiento en química de péptidos y nuevos sistemas de administración de fármacos al cerebro, como las lanzaderas peptídicas, hábiles para cruzar la barrera que recubre y protege el cerebro cargadas con el medicamento. El laboratorio tiene en marcha otros dos proyectos de investigación en Ataxia de Friedrich desde que se iniciara la relación con las asociaciones de pacientes en 2013*.

2) Terapia génica para Ataxia de Friedreich: Más información aquí:

https://www.irbbarcelona.org/es/news/pacientes-y-cientificos-se-alian-para-combatir-la-ataxia-de-friedreich
Científicos del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa de Madrid y del IRB Barcelona desarrollarán un proyecto de terapia génica consistente en introducir en las células del cuerpo una copia correcta del gen defectuoso que causa la enfermedad.

 

Go to top