La prueba CRISPR para reguladores genéticos de ROS descubre fenotipos de ROS robustos y sensibles a los antioxidantes. (A) Esquema que ilustra una minibiblioteca de sgRNA de CRISPRi que identifican fenotipos de ROS basados en los niveles de MitoSOX o DCFDA mediante FACS. (B) Células K562 que expresan una minibiblioteca CRISPRi y se incubaron en condiciones respiratorias durante 1 h antes de clasificar las células en tinción MitoSOX o DCFDA para medir los fenotipos de ROS mitocondriales o citosólicos, respectivamente. Varias caídas asociadas con el complejo I (TMEM261, NDUFA8, GRSF1 y NDUFAF1) y la biosíntesis de CoQ10 (PDSS1, PDSS2, COQ5 y COQ2) aumentaron fuertemente las ROS mitocondriales o citosólicas. La eliminación de genes relacionados con el complejo IV (COX18, COX16 y COX11) reduce en gran medida las ROS mitocondriales. (C) La mayoría de los fenotipos de ROS mitocondriales y citosólicos asociados con la eliminación del complejo I se reducen con tratamientos antioxidantes de MitoQ 10 µM o Trolox 1 mM. Los datos se combinan a partir de n = 2 experimentos. (D) Los fenotipos de ROS exhiben una alta correlación entre las condiciones del sustrato metabólico. Los datos se agruparon a partir de n = 2 réplicas para condiciones metabólicas basales y n = 3 réplicas para condiciones solo respiratorias y solo glucolíticas. Crédito: procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2024) DOI: 10.1073/pnas.2307904121
¿Es posible aumentar la producción de energía mitocondrial sin aumentar los subproductos potencialmente dañinos? De ser así, este enfoque podría usarse para tratar enfermedades neurodegenerativas en las que se cree que las mitocondrias deterioradas desempeñan un papel clave.
En busca de una respuesta, un equipo de científicos del Instituto Gladstone utilizó la tecnología de edición de genes CRISPR para apuntar a moléculas que regulan la producción de especies reactivas de oxígeno, o ROS, subproductos tóxicos responsables de crear energía llamada «radicales libres».
Sus hallazgos, que aparecen en procedimientos de la Academia Nacional de CienciasEsto podría conducir a estrategias para desacoplar la energía de la producción de ROS, lo que podría ayudar en el desarrollo de tratamientos para enfermedades como el Parkinson o el Alzheimer.
«Encontrar cómo separar la producción de energía de la producción de ROS es realmente fundamental para tratar la disfunción mitocondrial», afirmó el investigador de Gladstone, Ken Nakamura, MD, Ph.D., quien dirigió el estudio. «Hay muchas condiciones, incluida la neurodegeneración, en las que aumentar la energía mitocondrial es beneficioso, pero no queremos dañar las células a través de subproductos tóxicos».
Cuando las mitocondrias producen energía celular a partir de azúcar y grasas, liberan ROS. De manera similar a la contaminación arrojada por una planta de energía, las ROS se han considerado durante mucho tiempo subproductos no deseados pero difíciles de prevenir.
Aunque las ROS desempeñan algunas funciones biológicas importantes, la mayoría de ellas son tóxicas para las células y están asociadas con muchas enfermedades crónicas y degenerativas.
Desequilibrio en la raíz de la enfermedad
Resolver la cuestión de cómo ayudar a que las mitocondrias funcionen de manera más eficiente podría contribuir a nuevos tratamientos para la neurodegeneración y afecciones como enfermedades cardíacas, diabetes y cáncer. También tiene implicaciones para el envejecimiento saludable, ya que las mitocondrias se vuelven defectuosas a medida que envejecemos.
Sin embargo, en muchos casos, es complicado descubrir exactamente cómo funcionan mal las mitocondrias: ¿no producen suficiente energía celular o producen demasiadas ROS?
El grupo de Nakamura examinó previamente células para encontrar todos los genes implicados en la regulación de los niveles de energía. En su nuevo trabajo, se centraron en unos 200 genes. Utilizando CRISPR, trabajaron con células cancerosas para reducir selectivamente la expresión de genes individuales y estudiaron qué sucedió con los niveles de ROS.
«Queríamos determinar qué moléculas son necesarias para la producción de energía o de ROS», dice el científico Neil Bennett, el nuevo autor. PNAS estudiar «Al hacerlo, pudimos discernir genes y vías que podrían alterar esos sistemas de forma independiente, lo que sería muy útil en el tratamiento de enfermedades».
De hecho, aunque algunos genes afectan la producción de energía y ROS, otros tienen un efecto más fuerte sobre un producto que sobre el otro.
En conjunto, estos hallazgos proporcionan un sólido punto de partida para los investigadores que buscan desarrollar fármacos que regulen de forma independiente la energía mitocondrial y las ROS, y para aquellos que buscan comprender cómo la disfunción mitocondrial está implicada en las enfermedades.
El equipo planea llevar a cabo más investigaciones sobre el impacto de los niveles alterados de ROS en la salud celular y determinar si sus resultados son válidos en otros tipos de células, incluidas las cerebrales.
Más información:
neil k. Bennett et al, Los análisis a nivel de sistemas disocian los reguladores genéticos de las especies reactivas de oxígeno y la producción de energía. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2024) DOI: 10.1073/pnas.2307904121
Proporcionado por las instituciones Gladstone
referencia: Energía limpia celular: ¿pueden las mitocondrias producir más energía sin daños colaterales? (2024, 12 de enero) Obtenido el 13 de enero de 2024 de https://phys.org/news/2024-01-celular-energía-mitocondria-collateral.html
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