Deactive complex i triggers a superoxide signal through nclx in acute hypoxia

Resumen

El oxígeno es una molécula clave para la vida aeróbica. Los organismos eucariotas han evolucionado hacia un metabolismo aeróbico que les ha permitido adaptarse a una plétora de ambientes y desarrollarse como sistemas multicelulares. La adecuada distribución del oxígeno dentro del organismo es vital para la función tisular y la disminución de sus disponibilidad, denominada hipoxia, puede comprometer la supervivencia del organismo. Las células, los tejidos y los órganos han desarrollado una serie de respuestas moleculares que permiten su adaptación a la hipoxia. Las mitocondrias son los principales consumidores de oxígeno en muchas células eucariotas y son también una de las principales fuentes de producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) que pueden usar las células para promover procesos de señalización celular redox. Se ha generado un prolongado debate sobre si las células responden a la hipoxia incrementando la producción de ROS y su implicación en las diferentes respuestas a la hipoxia. Dado que el anión superóxido es la primera ROS formada a partir de la reducción del oxígeno por la cadena de transporte electrónico (ETC) mitocondrial, nos hemos centrado en su detección específica en hipoxia aguda. Hemos observado que se incrementa la producción de anión superóxido en las mitocondrias en los primeros minutos de hipoxia, disminuyendo posteriormente hasta llegar a niveles basales antes de una hora de hipoxia, lo que hemos llamado un ‘estallido’ de superóxido en hipoxia. Para diseccionar el mecanismo que desencadena esta respuesta, hemos estudiado el papel de distintos complejos de la ETC y trasportadores mitocondriales de iones. Observamos que el complejo I, el complejo III y el intercambiador sodio/calcio mitocondrial (NCLX) son necesarios para la producción de ROS en hipoxia, y que puede haber una cadena de eventos entre ellos. El complejo I (CI) mitocondrial se desactiva en hipoxia aguda, de manera inversamente proporcional a la concentración de oxígeno, y puede cambiar su actividad a la de antiportador sodio/protón. La desactivación de CI es necesaria para activar el intercambio sodio/calcio a través de NCLX, lo que a su vez promueve la despolarización de la membrana mitocondrial interna. El intercambio sodio/calcio en la mitocondria es necesario para la producción de superóxido, en lo que está implicado el complejo III, si bien al fuente exacta de superóxido no se ha determinado. Hemos podido observar la implicación de NCLX en una variedad de escenarios experimentales, en los que la inhibición de NCLX altera diferentes respuestas a la hipoxia, como la activación de la ruta de HIF y la vasoconstricción pulmonar hipóxica. Hemos comprobado que este mecanismo funciona también en neuronas y tejido cerebral, y que el tratamiento con un inhibidor de NCLX reduce la muerte celular en un modelo de ictus, probablemente disminuyendo el daño oxidativo. Estos resultados abren una nueva ventana en la biología redox mitocondrial debido a la implicación de la desactivación del complejo I y de NCLX en la producción de superóxido, l que puede tener también implicaciones terapéuticas.