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Cómo regula la mitocondria la producción de energía

Un nuevo estudio demuestra que la cadena de transporte de electrones mitocondrial ajusta su eficiencia energética para adaptarse a las necesidades del organismo, como las producidas por un ejercicio físico intenso. Así, la proteína SCAF1 actúa como un factor regulador que permite a la mitocondria adaptarse a la fuente nutricional disponible de azúcares, grasas o proteínas.

De izda. a dcha. Enrique Calvo Jesús Vázquez, Sara Cogliati, José Antonio Enríquez, Pablo Hernansanz-Agustín y Yolanda Martí Mateos. / CNIC

Investigadores del Centro Nacional de Enfermedades Cardiovasculares (CNIC) han descubierto el mecanismo molecular por el que la mitocondria –la fuente energética de las células– regula su funcionamiento para adaptar de forma óptima la producción de energía a las necesidades del organismo. El hallazgo, publicado en Science Advances, ayuda a entender cómo se regula nuestro metabolismo.

Dirigido por Jesús Vázquez y José Antonio Enríquez, con la participación de Jesús Francisco Rodríguez Huertas, del Centro de Investigación Biomédica (CIBM), el estudio muestra que la cadena de transporte de electrones de la mitocondria ajusta su eficiencia energética para adaptarse a las necesidades del organismo a través de la asociación regulada de sus estructuras macromoleculares.

La proteína SCAF1 es un factor clave en la regulación del metabolismo energético, optimizando la eficiencia de la mitocondria ante altas demandas de energía

Además, la proteína SCAF1, descubierta por este mismo equipo en 2016, es un factor clave en la regulación del metabolismo energético, optimizando la eficiencia de la mitocondria ante altas demandas de energía.

Las mitocondrias, y dentro de ellas la cadena de transporte electrónico, se encargan de producir la energía que necesita la célula, ajustando su funcionamiento para satisfacer las necesidades metabólicas del organismo.

Según explica Enríquez, “la cadena de transporte electrónico o CTE produce energía a partir de moléculas nutricionales, como la glucosa o los ácidos grasos. Además, desempeña un papel importante en la síntesis de moléculas necesarias para mantener la salud de las células y del organismo”.

La cadena respiratoria mitocondrial está formada por cuatro grandes complejos multiproteicos –CI, CII, CIII y CIV–, que tienen la capacidad de reorganizarse estructuralmente de diferentes maneras para realizar diferentes funciones y adaptarse a las condiciones del entorno.

Papel en la eficiencia energética

En 2016, este grupo descubrió que la proteína SCAF1 forma un puente entre los complejos CIII y CIV, actuando como un ‘interruptor molecular’ que regula el ensamblaje de dichos complejos dando lugar a la formación de superestructuras dentro de la CTE.

Sin embargo, “desconocíamos si estas estructuras reguladas por SCAF1 desempeñan algún papel en la eficiencia energética de la mitocondria y qué implicaciones fisiológicas tienen sobre el organismo”, indica Vázquez.

Tras ser sometidos a un intenso esfuerzo, los ratones que no expresan SCAF1 tienen un rendimiento físico un 30 % más bajo que los ratones normales

En el nuevo trabajo se ha demostrado que la formación de estructuras específicas de la cadena de transporte electrónico reguladas por SCAF1 no solo afecta a la eficiencia de producción de energía en la mitocondria, sino también a la capacidad del organismo para responder ante situaciones de estrés fisiológico.

“Hemos utilizado modelos de ratones y cultivos de células de ratón en los que se había eliminado el gen de la proteína SCAF1 mediante ingeniería genética –y que, por lo tanto, no podían producirla– para estudiar de qué manera les afectaba la eliminación de esta proteína”, explica Enrique Calvo, uno de los autores principales junto a Sara Cogliati, Pablo Hernansanz-Agustín y Marta Loureiro-López.

“Demostramos que, en ausencia de SCAF1, los complejos de la CTE se reorganizan a nivel molecular de forma subóptima y, también, que son menos eficientes a la hora de producir energía”, señala por su parte Hernansanz-Agustín.

Además, el estudio ha descubierto que los ratones que no expresan SCAF1, tras ser sometidos a un intenso esfuerzo, “tienen un rendimiento físico un 30 % más bajo que los ratones normales”, revela Cogliati.

Asociación de los complejos respiratorios I, III y IV

Asociación de los complejos respiratorios I, III y IV asociados para formar el supercomplejo N-respirasoma. La presencia o ausencia de la proteína SCAF1 determina la eficiencia en la utilización de la fuente de energía (alimentos) para convertirlo en trabajo productivo al mantener los complejos III y IV físicamente conectados dentro del N-respirasoma. SCAF1 funcionaria como las marchas de una moto permitiendo regular eficientemente el rendimiento. / CNIC

SCAF1, un factor regulador

Estos resultados explican molecularmente los resultados observados en otro trabajo, publicado recientemente en EMBO Reports, y realizado en colaboración con el grupo de Nadia Mercader, de la Universidad de Berna (Suiza), en el que los investigadores vieron que la ablación de la proteína SCAF1 en el pez cebra perjudica su metabolismo, crecimiento y fertilidad.

Esta adaptación metabólica explica la capacidad que tiene la mitocondria de adaptarse a situaciones de estrés, como las producidas por un ejercicio físico intenso

Según los investigadores, estos resultados demuestran que la asociación física entre los complejos CIII y CIV, mediada por SCAF1, es determinante para que la mitocondria produzca energía de forma óptima.

“SCAF1 actúa como un factor regulador que permite a la mitocondria adaptarse a la fuente nutricional disponible de azúcares, grasas o proteínas. Esta adaptación metabólica explica, además, la capacidad que tiene la mitocondria de adaptarse a situaciones de estrés como las producidas por un ejercicio físico intenso”, concluye Marta Loureiro-López.

 

Referencia:

En el estudio han colaborado investigadores del Centro de Investigación Biomédica en Red de Fragilidad y Envejecimiento Saludable (CIBERFES) y del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Cardiovasculares (CIBERCV), y ha contado con la financiación de The International Human Frontier Science Program Organization (HFSP RGP0016/2018), Fundació Marató.TV3 y Fundación Bancaria “la Caixa”.

Fuente:
CNIC
Derechos: Creative Commons.
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