Ultraestructura y función mitocondrial en la célula cromafín del ratón SOD1G93A modelo de esclerosis lateral amiotrófica, en etapas pre-sintomáticas y sintomáticas

Resumen

La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad neurodegenerativa que se caracteriza por una afectación rápida de la motoneurona (MN) de los núcleos motores superiores e inferiores; ello provoca una parálisis muscular progresiva que avanza hasta el fracaso respiratorio que conduce a la muerte del paciente en 3 a 5 años. El 90 % de los casos son esporádicos, mientras que el 10 % restante se han relacionado con mutaciones genéticas hereditarias, la denominada ELA familiar (ELAf). Gracias al desarrollo de modelos animales basados en estas mutaciones, se ha conseguido avanzar en el conocimiento de la fisiopatología de la enfermedad, siendo el modelo SOD1G93A el primero descrito y más estudiado. Se trata de una mutación en la enzima citosólica superóxido dismutasa 1 (SOD1), encargada del control del balance redox celular, mutación que acontece en el 20 % de los pacientes de ELAf. A día de hoy, se ha abordado la enfermedad a través de todos los mecanismos fisiopatológicos descritos (alteraciones en la transcripción y en el procesamiento de los ARN, alteraciones en el metabolismo proteico, excitotoxicidad y alteración de la homeostasia del calcio, estrés oxidativo, alteración del citoesqueleto y del transporte axonal, disfunción mitocondrial o neuroinflamación); sin embargo, no se ha logrado una cura eficaz, y tan solo se ha aprobado un tratamiento (riluzol) que consigue aumentar en dos meses el tiempo hasta la intubación del paciente, no teniendo efectos sobre la supervivencia. Además, aunque la afectación selectiva de la motoneurona sigue siendo una incógnita, se empieza a esclarecer la implicación de otros tipos celulares como la glía o el músculo. En el presente trabajo hemos centrado nuestra investigación en la mitocondria, pues se trata de un elemento central de toda la fisiopatología conocida. Hemos utilizado como modelo la célula cromafín (CC) del ratón SOD1G93A, por ser un interesante modelo de estudio de neurosecreción y de excitabilidad celular en el que ya hemos encontrado alteraciones en estados avanzados de la enfermedad. Ello nos puede ayudar a entender lo que sucede a nivel de mecanismos básicos, en la motoneurona, así como su relación con otros tipos celulares en el desarrollo de la ELA. Analizando tanto la estructura como la función mitocondrial en la CC de ratones a edad presintomática (P30) y sintomática (P120), hemos descubierto que con el desarrollo de la enfermedad existe un déficit en la fusión mitocondrial, pues el ratón transgénico presenta mayor número de mitocondrias pero de menor tamaño. Ultraestructuralmente destaca el hinchamiento de crestas acompañado de un mayor tamaño de las uniones de cresta, lo que repercute en un menor potencial de membrana mitocondrial. Estas alteraciones mitocondriales conducen a un cambio en el perfil bioenergético de la CC, pues se reduce la capacidad respiratoria máxima así como la de reserva bioenergética, impidiendo abastecer a la célula ante situaciones de gran demanda de energía y manteniendo unos niveles basales a costa de un consumo excesivo e ineficiente de sustratos. Además, aunque hemos confirmado una mayor generación de radicales libres, el menor consumo de oxígeno no mitocondrial pone de manifiesto la disfunción en rutas importantes para mantener la defensa antioxidante, pero también de rutas generadoras de ROS. Por lo tanto, la disfunción mitocondrial junto a la acción directa de la enzima mutada, se postulan como principales causantes del estrés oxidativo celular; ello se puede explicar por una alta expresión de la enzima mutada en la CC, que se acumula con la edad y colocaliza en la mitocondria. Finalmente, hemos caracterizado una menor expresión de la proteína mitocondrial OPA1, clave en la dinámica de la mitocondria y sus crestas, pero sin alteraciones en el procesamiento de sus isoformas, lo que parece indicar que existe un cambio a nivel de expresión, condicionado por el ambiente altamente oxidativo. Todos estos parámetros están alterados en la CC desde antes del inicio de los síntomas y se agravan con la instauración de la enfermedad. Por lo tanto, podemos concluir que en el modelo de ELA familiar SOD1G93A la afectación no es exclusiva de la motoneurona, puesto que existe también un deterioro de la CC desde etapas presintomáticas. Hemos identificado las alteraciones morfológicas mitocondriales que tienen una repercusión funcional, señalando a la proteína OPA1 como un actor principal en el proceso, y poniendo de manifiesto la importancia del metabolismo celular en el daño que se produce durante el desarrollo de la ELA. La importancia de este estudio, es que integra por vez primera el conjunto de la fisiopatología mitocondrial derivada de la mutación de la enzima SOD1 en un tipo celular no motoneuronal derivado del modelo murino SOD1G93A, tanto en estadios iniciales como finales de la enfermedad. Asimismo, se hace una conexión entre morfología, función, bioenergética y estrés oxidativo. La relación de nuestros resultados con los datos obtenidos en la motoneurona y otros tipos celulares como glía o músculo, demuestra que no entenderemos lo que sucede realmente en la ELA si no valoramos los distintos tipos celulares afectados, en función de su fenotipo metabólico.