Control of redox homeostasis: environmental and genetic regulation of oxidative protein damage in schizosaccharomyces pombe
- Autores: Sarela García Santamarina
- Directores de la Tesis: Elena Hidalgo Hernando (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Pompeu Fabra ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Enrique Herrero Perpiñan (presid.), Jesus Vazquez Cobos (secret.), Bernat Crosas Navarro (voc.)
- Materias:
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- Resumen
El estrés oxidativo se define como un desequilibrio entre la producción de especies reactivas de oxígeno (ERO) y la detoxificación de las mismas. Cuando una situación de este tipo sucede en las células, bien porque hay una disminución en la detoxificación de EROs (por ejemplo deficiencias de catalasas, superóxido dismutasas o peroxiredoxinas), o porque hay un incremento en la producción de EROs (por ejemplo, en el caso de disfunciones en la mitocondria, o estrés ambiental) muchos componentes celulares se pueden ver afectados, incluyendo lípidos, proteínas y ADN.
En el caso de proteinas, la reactividad de EROs conlleva a dos claras y diferenciadas consecuencias. Se pueden producir modificaciones, particularmente en algunos tipos de oxidaciones de cisteínas y metioninas, que son reversible. Estas modificaciones pueden ser reparadas por ciertas actividades específicas en la célula (los sistemas tioredoxina y glutation/glutaredoxina y las metionina sulfóxido reductasas, respectivamente). Sin embargo, otros tipos de modificaciones, carbonilaciones en proteínas (en diferentes aminoácidos y también en el esqueleto proteico), son irreversible y causan pérdida de función proteica, desplegamientos en la estructura de la proteína. La consecuencia más inmediata es la degradación de la proteina, y en algunas circunstancias su acumulación en forma de agregados tóxicos.
La oxidación reversible de cisteínas concretas en proteinas por peróxido de hidrógeno (H2O2) ha sido descrita como un mecanismo celular que desencadena rutas de señalización, como las desencadenadas por factores de crecimiento o citoquinas, o respuestas antioxidantes en sistemas microbianos. En estos casos, H2O2 cumple los requisitos para ser un segundo mensajero. Sin embargo, H2O2 puede convertirse fácilmente en el radical hidroxilo (OH.), a través de un proceso catalizado (reacción de Fenton). Esta especie el principal causante de la formación de carbonilaciones en proteinas, que no pueden ser reparados. Por esta razón, en muchas ocasiones las carbonilaciones en proteínas se usan como marcadores de estrés oxidativo.
A lo largo de esta tesis, hemos intentado entender mejor éstos dos tipos de modificaciones en proteinas producidas por EROs.
Hemos desarrollado protocolos para estudiar oxidaciones reversibles de cisteínas a nivel proteómico, con el fin de caracterizar cuáles son más sensibles a H2O2, y por tanto con más posibilidades de participar en procesos de señalización redox. También hemos estudiado la homeostasis de las oxidaciones reversibles de cisteína en presencia o en ausencia del sistema tioredoxina. En relación con modificaciones irreversibles en proteinas, intentamos optimizar protocolos para la identificación de carbonilaciones en proteinas, aunque con poco éxito, probablemente debido a la complejidad de las muestras carboniladas. También hemos estudiado el papel del sistema de control de calidad de proteinas en relación con la homeostasis de las proteínas carboniladas. Esto es muy importante en relación con la toxicidad de éste tipo de modificaciones, ya que la falta de degradación lleva a la acumulación de agregados tóxicos.
Las conclusiones ha este trabajo son: 1. Hemos optimizado un método basado en la tecnología ICAT para identificar y cuantificar oxidaciones reversibles en tioles a nivel proteómico.
2. H2O2 oxida reversiblemente cisteínas expuestas y redox-sensibles en proteinas 3. La oxidación de cisteínas en proteínas es una modificacion transitoria.
4. La falta de tioredoxina (Trx1) causa oxidación reversible de cisteínas sólo en sustratos clásicos de tioredoxina.
5. La falta de tioredoxina reductasa (Trr1) causa la oxidación masiva tioredoxina dependiente de tioles en cisteinas.
6. Las tioredoxinas oxidadas son la causa de la oxidación masiva en células sin tioredoxina reductasa.
7. En la ausencia de Trx1, algunos de sus sustratos son activos, debido a la participación de dadores de electrones alternativos.
8. En la ausencia de Trr1, Trx1 es capaz de reducer débilmente sus sutratos por un dador de electrones alternativo, probablemente glutationa.
9. Las metioninas sulfóxido reductasas no son requeridas para la defensa antioxidante en S. pombe.
10. La metionina sulfóxido reductasa 1 (Mxr1) mejora la supervivencia de una cepa auxotrófica de metionina en estrés oxidativo.
11. La metionina libre es una barrera para la defensa del estrés oxidativo.
12. La peroxiredoxina Tpx1 y catalasa (Ctt1) son los principales detoxificadores de H2O2 en S. pombe 13. Las peroxiredoxinas Gpx1, Pmp20 y BCP no tienen un rol muy pronunciado como detoxificadores de H2O2 en S. pombe.
14. No hemos podido desarrollar un protocolo para caracterizar las carbonilaciones en proteínas a nivel proteómico.
15. Ubiquitinación es importante para degrader proteínas carboniladas en S. pombe.
16. Chaperonas probablemente son importantes en tomar decisiones para degradar o no proteinas carboniladas.
17. Choque térmico actúa como un mecanismo de protección frente a la modificación oxidativa de proteínas.
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