Científicos descifran mecanismo clave en hipoxia

La figura ilustra el papel del intercambiador mitocondrial Ca2+/Na+ (NCLX) en la adaptación temprana a bajas concentraciones de oxígeno (hipoxia) a través de la entrada de sodio en el interior mitocondrial. Este papel se ejemplifica por la vasoconstricción hipóxica de la arteria pulmonar, que conecta el corazón con los pulmones. Una caída en la concentración de oxígeno activa el transporte de sodio al interior de la mitocondria, y esto desencadena señales que conducen a la constricción de la arteria. La eliminación de NCLX bloquea la respuesta arterial a las caídas en la concentración de oxígeno. Crédito: CNIC

Investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) y del Instituto de Investigación Sanitaria Princesa (IIS Princesa) han logrado un gran avance para descifrar el mecanismo a través del cual aumenta la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las primeras fases de la hipoxia (reducción aguda del oxígeno tisular). El hallazgo representa un avance importante en la comprensión de la fisiología celular y podría explotarse en el futuro para tratar una variedad de enfermedades en las que la hipoxia juega un papel, como el accidente cerebrovascular y el ataque al corazón.

El estudio, publicado hoy en Nature, es fruto de una colaboración entre los grupos liderados por el Dr. Antonio Martínez, del Hospital Santa Cristina (parte del IIS Princesa), y el Dr. José Antonio Enrquez, del CNIC. El estudio ha sido dirigido por el Dr. Pablo Hernansanz-Agustín, investigador postdoctoral del CNIC.

En la mayoría de las células eucariotas, la energía se genera por el consumo de oxígeno en el sistema de fosforilación oxidativa mitocondrial (OXPHOS). El Dr. Enrquez dijo: «El consumo de oxígeno por parte de este sistema genera especies reactivas de oxígeno (ROS), un grupo de moléculas que hasta hace poco se consideraban toxinas metabólicas».

Sin embargo, ahora se sabe que cuando se producen en pequeñas cantidades, estas especies reactivas actúan como señales que desencadenan adaptaciones celulares. De esta forma, prosiguió el Dr. Enrquez, “una caída en la concentración de oxígeno desencadena la rápida generación de ROS, que inician la respuesta adaptativa de las células a la deficiencia de oxígeno”. El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2019 se otorgó a los científicos que descubrieron el mecanismo por el cual las células generan una respuesta a la hipoxia sostenida. Esta respuesta a largo plazo está mediada por el factor inducible por hipoxia (HIF). Pero el cuerpo tiene otras formas más rápidas de responder a la hipoxia que son independientes de HIF y están mediadas por ROS. El mecanismo exacto a través del cual aumenta la producción de ROS en las primeras etapas de la hipoxia aún no está claro, pero el nuevo estudio hace un avance importante para definir este proceso.

«Hemos demostrado que los iones de sodio actúan como segundos mensajeros que regulan la función mitocondrial, específicamente la función de la cadena de transporte de electrones mitocondrial (ETC), al inducir la producción controlada de ROS», explicó el Dr. Hernansanz.

Este mecanismo de producción de ROS «es fundamental para la capacidad de la circulación pulmonar para responder a la hipoxia mediante la redistribución del flujo sanguíneo a las regiones con menos irrigación, un fenómeno conocido como vasoconstricción pulmonar hipóxica», explicó el Dr. Martínez.

Varios de los hallazgos del estudio brindan información importante sobre la fisiología celular . Primero, el estudio muestra que el sodio mitocondrial regula la fluidez de la membrana celular. Esto era desconocido antes y podría tener importantes implicaciones para la comprensión de una multitud de procesos celulares.

Un segundo descubrimiento importante, explicó el Dr. Enrquez, es que «los supercomplejos mitocondriales del ETC juegan un papel importante en este proceso adoptando conformaciones estructurales que son sensibles o insensibles al sodio, asegurando así que la acción del sodio no sea tóxica».

Dr. Martínez agregó que la entrada de sodio está precedida por la solubilización de los depósitos de calcio en el interior de las mitocondrias. Estas estructuras de calcio se describieron por primera vez hace más de 50 años, pero hasta ahora se desconocía su función.

Dr. Martínez concluyó que «el estudio demuestra que la inhibición del intercambiador mitocondrial Ca2+/Na+ NCLX es suficiente para bloquear esta vía, evitando la adaptación a la hipoxia». Este hallazgo indica que NCLX podría ser un objetivo terapéutico futuro para enfermedades en las que la hipoxia juega un papel.

Los resultados del estudio revelan que el sodio controla la función de OXPHOS y la señalización celular en hipoxia a través de una interacción inesperada con los fosfolípidos, con importantes Consecuencias para el metabolismo celular.

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Los científicos identifican el mecanismo que regula la producción de energía mitocondrial Más información: El Na+ controla la señalización hipóxica por la cadena respiratoria mitocondrial, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2551-y , www.nature.com/articles/s41586-020-2551-y Información de la revista: Nature

Proporcionada por el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (FSP) Cita: Los científicos descifran el mecanismo clave en la hipoxia (29 de julio de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-scientists-decipher-key- mecanismo-hipoxia.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.