Tratamiento de la disfunción mitocondrial con coenzima Q10
- Autores: Mario de la Mata Fernández
- Directores de la Tesis: José A. Sánchez-Alcázar (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Pablo de Olavide ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pilar Giraldo Castellano (presid.), Daniel José Moreno Fernández-Ayala (secret.), Carmen Garnacho (voc.)
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- Resumen
Las mitocondrias son orgánulos celulares que desempeñan funciones esenciales para la fisiología de la célula. Las funciones mitocondriales son cruciales para el desarrollo y supervivencia celular. La existencia de alteraciones de la función mitocondrial se ha asociado frecuentemente con la aparición de diversas patologías, entre las que destacan enfermedades neurodegenerativas, enfermedades raras y el cáncer. La disfunción mitocondrial puede originarse por mutaciones en el ADN mitocondrial (mtDNA) o nuclear (nDNA) o por otras causas que afectan secundariamente al metabolismo mitocondrial. La disfunción mitocondrial ha surgido como un común denominador que une diversos trastornos patológicos, tanto en enfermedades mitocondriales como lisosomales. En las enfermedades mitocondriales, nos encontramos específicamente con una disfunción mitocondrial primaria, causada por las mutaciones genéticas, que inciden directamente sobre la composición y la función de la cadena de transporte de electrones. Estas mutaciones provocan defectos en el metabolismo oxidativo mitocondrial, que afecta gravemente a la fisiología celular. En las enfermedades lisosomales, la perdida de función de las enzimas lisosomales, genera un metabolismo anormal de varios sustratos que no se degradan y se acumulan progresivamente en los lisosomas, afectando a su función y secundariamente a otros orgánulos como las mitocondrias.
Dado que el tratamiento de estas alteraciones no es completamente satisfactorio existe una necesidad de nuevas terapias para tratar la disfunción mitocondrial, tanto primaria como secundaria. Para ello puede ayudar el hecho de que existen patrones fisiopatológicos comunes a pesar de tener un origen diferente.
Las enfermedades mitocondriales son un grupo de patologías con gran heterogeneidad, cuyo nexo de unión es una disfunción en la incapacidad de las mitocondrias afectadas de generar suficiente ATP mediante el sistema de fosforilación oxidativa y la producción aumentada de ROS. Con frecuencia estas enfermedades se acompaña de deficiencia de Coenzima Q10, único transportador de electrones que lleva equivalentes reductores desde el complejo I y el II al complejo III y antioxidante lipídico sintetizado en los humanos. Las enfermedades mitocondriales son enfermedades graves resistentes generalmente a las terapias farmacológicas, a pesar del gran progreso en nuestro entendimiento de las bases moleculares de estas enfermedades.
El síndrome MERRF debe su nombre al acrónimo en inglés de Myoclonic Epilepsy with Ragged Red Fibers (epilepsia mioclónica con fibras rojas rasgadas) es una enfermedad mitocondrial primaria causada generalmente por mutaciones puntuales en los genes del ARN de transferencia (tRNA) codificados por el mtDNA. La mutación más común relacionada con este síndrome, que supone un 80% de los casos, es la transición de una adenina a una guanina en la posición 8344 en el gen MT-TK del genoma mitocondrial (m.8344A>G) que codifica para tRNALys. La mutación afecta a la traducción de las proteínas codificadas por el mtDNA dificultando el ensamblaje correcto de los complejos respiratorios y provocando una disfunción de la cadena respiratoria mitocondrial.
La primera parte de este trabajo ha consistido en evaluar la efectividad terapéutica de la coenzima Q10 sobre la disfunción mitocondrial primaria y las alteraciones fisiopatológicas presentes en fibroblastos derivados de pacientes con el síndrome MERRF y en cíbridos transmitocondriales portadores de la mutación 8344A>G, para comprobar en estos últimos que las alteraciones fisopatológicas detectadas se debían a las mitocondrias disfuncionales independientemente del contexto nuclear y confirmar así los efectos beneficiosos de la coenzima Q10.
Las enfermedades lisosomales describen un heterogéneo grupo de enfermedades raras hereditarias con pérdida de función de los enzimas lisosomales que provocan la acumulación en los lisosomas del material no catabolizado, causando desequilibrio autofágico, acumulación de mitocondrias disfuncionales e inflamación. Clínicamente las enfermedades lisosomales derivan en fenotipos que incluyen visceromegalia, patologías neurológicas, lesiones esqueléticas y muerte prematura. En la actualidad algunas de estas patologías solo disponen de terapias sintomáticas que siguen dos estrategias terapéuticas principales: la terapia de reducción de sustrato (TRS), que se caracteriza por la inhibición de las enzimas implicadas en la producción del sustrato que se acumula, y la terapia de reemplazo enzimático (TRE), que se caracteriza por la administración de forma exógena de la enzima recombinante activa que se encuentra defectuosa.
La enfermedad de Gaucher es la enfermedad lisosomal más predominante. Está causada por mutaciones en el gen GBA1 que resultan en una enzima ß-glucocerebrosidasa (GCasa) defectuosa o de insuficiente actividad. Muchas de estas mutaciones conducen a defectos significativos en el plegamiento de la proteína durante la traducción en el retículo endoplasmático (RE), dando como resultado una reducción del transporte de la enzima al lisosoma (degradación mediada por la maquinaria celular de control de calidad celular). La disminución de su actividad catalítica provoca la acumulación de glucosilceramida (GlcCer) y glucosil-esfingolípidos en los lisosomas de macrófagos y órganos viscerales. La enfermedad de Gaucher se subdivide en 3 tipos basados en la edad que comienza a manifestarse la enfermedad y la afectación del sistema nervioso central (SNC). Los pacientes con la enfermedad de Gaucher sin manifestaciones del SNC son clasificados como tipo I, más común; mientras que aquellos pacientes con manifestaciones neurológicas se clasifican en los tipos II y III. Para el trastorno lisosómico de la enfermedad de Gaucher, la TRE supone un alto coste económico y no es muy eficaz para los casos que muestran implicación del sistema nervioso central ya que las enzimas recombinantes no atraviesan la barrera hematoencefálica. De este modo, existe un gran número de pacientes para los cuales no existe tratamiento o la efectividad del mismo es muy baja. Una de la mutaciones más prevalentes en la enfermedad de Gaucher es la variante L444P, que resulta en un incorrecto plegamiento en el RE y fallos en su transporte al lisosoma. Los pacientes en homocigosis para la mutación L444P presentan formas neurológicas severas de la enfermedad. La mutación es un cambio de base 1448T>C en el gen GBA1 que da lugar a la sustitución del aminoácido lisina por prolina en la posición 444 en la cadena polipeptídica, localizada en uno de los dominios no catalíticos de la enzima GCasa. Esta mutación es especialmente refractaria a los tratamientos disponibles, incluida la TRE, por lo que existe la necesidad urgente de desarrollar estrategias terapéuticas que sean útiles en los enfermos con este genotipo. Algunos inhibidores de las enzimas glicosidasas implicadas en enfermedades lisosomales son capaces de unirse al sitio activo y estabilizar el plegamiento apropiado, pudiendo actuar como ¿chaperonas farmacológicas¿ que facilitan el transporte de la forma catalíticamente activa a los lisosomas. De este modo, el desarrollo o la búsqueda de compuestos con actividad de chaperona farmacológica se ha postulado como una posible estrategia terapéutica para el tratamiento de enfermedades lisosomales, de particular interés para aquellas manifestaciones clínicas de la enfermedad que involucran al sistema nervioso central. Recientemente, se ha descrito que los iminoazúcares sp2 bicíclicos derivados de L-idonojirimicina se comportan como chaperonas farmacológicas en fibroblastos humanos de Gaucher homocigotos para la mutación L444P, aumentando la actividad glucocerebrosidasa y el tráfico de la enzima a los lisosomas. Uno de los candidatos más prometedores dentro de esta familia de chaperonas farmacológicas es la N-[N'-(4-adamantan-1-ilcarboxamidobutil) tiocarbamoilo]-1,6-anhidro-L-idonojirimicina (NAdBT-AIJ). Un menor coste de producción, la posibilidad de su administración oral y la capacidad de cruzar la barrera hematoencefálica son algunas de las ventajas que presenta esta terapia para la enfermedad de Gaucher, en especial para los tipos II y III.
A pesar de su potencial, la investigación en terapia con chaperonas farmacológicas no ha conducido aún al desarrollo de nuevos fármacos en la práctica clínica. Este objetivo último se facilitaría enormemente con el desarrollo de estrategias que potenciasen la acción de las chaperonas farmacológicas, por ejemplo mediante la combinación con otros compuestos activos. Existe por tanto la necesidad de identificar moléculas que permitan corregir o mejorar las patologías asociadas a las enfermedades lisosomales, en particular a la enfermedad de Gaucher, y que actúen en sinergia con las chaperonas farmacológicas y produzcan un beneficio terapéutico superior. En la segunda parte de este trabajo se describe como el tratamiento combinado de la chaperona farmacológica NAdBT-AIJ para recuperar la actividad de la enzima GCasa y la coenzima Q10 para actuar sobre la disfunción mitocondrial secundaria permite un beneficio terapéutico sinérgico y superior a los tratamientos individuales. Los tratamientos fueron realizados en fibroblastos derivados de varios pacientes con la enfermedad de Gaucher portadores de la mutación L444P en homocigosis.
