dc.description.abstract | El oxígeno (O2) es una molécula esencial para la vida de los animales
debido a su metabolismo celular aeróbico, ya que la energía necesaria para
realizar las funciones vitales la obtienen, principalmente, de la mitocondria
mediante la fosforilación oxidativa; un proceso que requiere O2 como aceptor
final de electrones. La falta de O2, aunque sólo sea de manera focalizada y
transitoria, puede dañar gravemente los tejidos. Por ello los animales, sobre
todo los mamíferos han desarrollado mecanismos para adaptar la función del
organismo a situaciones de escasez de O2. Las respuestas adaptativas a la
hipoxia aguda dependen de un conjunto de órganos quimiorreceptores que
forman el sistema homeostático sensor de O2, de los cuales el principal es el
cuerpo carotídeo (CC). Cuando se produce un descenso en la PO2, el CC lo
detecta, se activa y señaliza a los centros respiratorios del tronco del encéfalo
para desencadenar, en cuestión de segundos, los reflejos respiratorios y
cardiovasculares y asegurar el suministro de O2 a los tejidos, especialmente al
cerebro y corazón. El mecanismo de quimiotransducción de la hipoxia en las
células glómicas, elementos quimiosensores del CC, y en otros tipos celulares
del sistema homeostático sensor de O2 está bien caracterizado pero aún se
desconoce la naturaleza de la molécula sensora de O2.
El objetivo general de esta tesis fue ahondar en el conocimiento de los
mecanismos moleculares de la sensibilidad a hipoxia aguda en los
quimiorreceptores arteriales. Observaciones previas de nuestro grupo
mostraron que el bloqueo del sitio de unión de ubiquinona del complejo I
mitocondrial (CMI) elimina la respuesta a hipoxia, por ello nos centramos en
investigar la función del CMI en la sensibilidad a hipoxia aguda empleando
modelos animales genéticamente modificados.
En el presente trabajo se han generado dos modelos de ratón knockout
(KO) de la subunidad Ndufs2 del CMI. El modelo TH-NDUFS2, en el que la
deleción del gen Ndufs2 es embrionaria y específica de tejidos
catecolaminérgicos (CC, médula adrenal (MA) y ganglio cervical superior, entre
otros) y el modelo ESR-NDUFS2, en el que la deleción del gen Ndufs2 es
ubicua y tiene lugar en la vida adulta (inducible por tamoxifeno). Aunque
ninguno de ellos muestra alteraciones ventilatorias aparentes en condiciones
de normoxia (21% O2), la respuesta ventilatoria a la hipoxia (10% O2),
estudiada mediante pletismografía, desaparece tanto en los animales THNDUFS2
como ESR-NDUFS2. El estudio de la funcionalidad de las células
glómicas mediante el análisis de su capacidad secretora mostró que son
selectivamente insensibles a hipoxia, puesto que sí detectan otros estímulos
como la hipercapnia y la hipoglucemia. Esta observación se demostró también
mediante medidas de Ca2+ intracelular y análisis de los canales de K+
regulados por O2. Por tanto, la deleción de Ndufs2 anula la sensibilidad a la
hipoxia de forma selectiva, lo cual muestra que los mecanismos que median la
sensibilidad a la son diferentes a los de la hipoglucemia o la hipercapnia.
Además, la desaparición de la sensibilidad a hipoxia en ambos modelos
animales, TH-NDUFS2 y ESR-NDUFS2, muestra que la deleción de Ndufs2
abole la sensibilidad a hipoxia independientemente del momento de la vida del
animal en el que se produzca.
En paralelo con los experimentos en el CC, se ha estudiado la
sensibilidad a hipoxia de la MA en los modelos TH-NDUFS2 y ESR-NDUFS2.
Se ha observado que la deleción de Ndufs2 afecta a las células cromafines del
mismo modo que a las células glómicas, produciendo la pérdida selectiva de la
sensibilidad a la hipoxia independientemente del momento de la vida del animal
en el que se produzca.
Se ha observado también que la deleción de la subunidad Ndufs2
previene el ensamblaje del CMI y elimina, por lo tanto, su actividad
NADH:ubiquinona oxidorreductasa y el consumo de O2 dependiente de este
complejo mitocondrial. Sin embargo, la CTE funciona correctamente a través
de la vía CMII-CMIV. No obstante, a pesar de incubar las células deficientes de
Ndufs2 con succinato, sustrato del CMII, la insensibilidad a hipoxia permanece,
evidenciando la función esencial del CMI en el mecanismo de sensibilidad a la
hipoxia aguda.
Las células glómicas deficientes de Ndufs2 presentan un alto nivel de
oxidación de su citoplasma así como acumulación de NAD(P)H. En las células
controles la hipoxia produce un incremento de ROS de origen mitocondrial y
acumulación de NADH, pero en las células de los ratones KO de Ndufs2 no se
observan ninguno de estos efectos. Además, el fenotipo electrofisiológico de
las células KO recuerda al de las células controles sometidas a hipoxia. Ello
indica que el CMI es fundamental para la sensibilidad a hipoxia así como que
su deficiencia induce un estado hipóxico en las células glómicas, que explica la
hipertrofia del CC en los ratones carentes de Ndufs2.
Por otro lado, el CC contiene mayor cantidad de succinato que otros
tejidos neurales, como la MA y el cerebro, lo que indica que tiene un
metabolismo altamente dependiente del CMII y justifica que el nivel de ATP de
este tejido no disminuya en los animales KO de Ndufs2 con respecto a los
controles. Esta adaptación metabólica explica que el CC sea más resistente a
la disfunción del CMI que otros tejidos, como la MA, y además, es probable que
facilite la gran sensibilidad a la hipoxia de las células glómicas.
Con los resultados de esta tesis doctoral hemos propuesto un modelo
que, aunque con algunos elementos hipotéticos, explica el mecanismo
molecular de sensibilidad a la hipoxia aguda de los quimiorreceptores
arteriales. La hipoxia provoca la acumulación de ubiquinona reducida (QH2) en
el CMI, lo que induce la reversión de su actividad catalítica. Esta reversión
aumenta en gran medida la tasa de producción de NADH y ROS, que inhiben
la corriente de K+ e inducen la despolarización celular provocando la entrada
de Ca2+ extracelular, a través de canales voltaje dependientes, y la secreción
de neurotransmisores. | es |