Assembly, superassembly and impaired assembly of themitocondrial electron transport chain : in situ validation of theplasticity model

• Autores: Elena Martín García
• Directores de la Tesis: José Antonio Enríquez Domínguez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 135
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Cuezva Marcos (presid.), Antonio Zorzano Olarte (secret.), David Sancho Madrid (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    El sistema de fosforilación oxidativa concentra tres funciones principales: el transporte de electrones, el bombeo de protones y la síntesis de ATP. Este sistema está organizado como una cadena de complejos multiproteicos que pueden ensamblarse en estructuras supramoleculares con el fin optimizar el transporte electrónico. En particular nuestro grupo se centra en el estudio de estos complejos mitocondriales dentro del modelo de la plasticidad, modelo dinámico en el cual encontramos los complejos aislados o superensamblados como supercomplejos de manera funcional.

    Este modelo está respaldado por la disrupción de las membranas mitocondriales con detergentes suaves y la visualización de supercomplejos (SC) mediante electroforesis nativa azul (BNGE) extraída de líneas celulares o tejidos.

    En esta tesis hemos desarrollado una metodología innovadora y robusta para visualizar y estimar cuantitativamente la proximidad de los complejos mitocondriales y SC (I / III, III / IV, I / IV e I / III / IV) en células intactas, sin el uso de detergentes Para ello, hemos analizado diferentes combinaciones de subunidades endógenas mitocondriales mediante microscopía de depleción de emisión estimulada (STED) utilizando una variedad de herramientas celulares: células que carece de mtDNA (º), mutantes del complejo III (CYTbM) y líneas celulares deficientes de complejo IV (Cox10KO) y sus respectivos controles isogénicos. Por otro lado, hemos utilizado diferentes combinaciones para imunodetectión para componer los RC y SC (CI / CIII, CI / CIV, CIII / CIV y CI / CIII / CIV).

    Por lo tanto, la técnica STED revela la coexistencia de complejos libres y superensamblados en células intactas con el fin de confirmar el modelo de plasticidad de la organización de la cadena respiratoria mitocondrial.

    Por otro lado, se sabe que las mutaciones en genes que codifican subunidades de los complejos mitocondriales pueden afectar la estabilidad de otros complejos. De esta manera, como segundo objetivo principal, investigamos el mecanismo molecular que permite a células mutantes del CIII, suprimir el efecto de mutaciones que impiden el ensamblaje de complejos respiratorios en circunstancias normales.

  • English

    The oxidative phosphorylation system (OXPHOS) comprises three fundamental processes: electron transport, proton pumping and ATP synthesis. The OXPHOS system is organized as a branched chain of multi-protein complexes that can be assembled into supra-molecular structures (supercomplexes) to optimize the utilization of the different sources of electrons. We have proposed the plasticity model as a dynamic model where free and super-assembled RCs may coexist and be functional.

    This model is supported by the disruption of the mitochondrial membranes with mild detergents and visualization of supercomplexes (SCs) by blue native electrophoresis (BNGE) extracted from cell lines or tissues.

    In this thesis, we have developed an innovative and robust approach to visualize and quantitatively estimate the proximity of the mitochondrial complexes and SCs (I/III, III/IV, I/IV and I/III/IV) in intact cells, without the use of detergents.

    For that purpose, we have analyzed different combinations of mitochondrial endogenous subunits by Stimulated Emission Depletion super resolution microscopy (STED) using a variety of cellular tools: mtDNA depleted cells (º), complex III (CYTbM) and complex IV (Cox10KO) depleted cell lines, and their respective isogenic controls. Moreover, we have used different immunolabelling combinations to tag RCs and SCs (CI/CIII, CI/CIV, CIII/CIV and CI/CIII/CIV).

    Thus, STED imaging reveals the co-existence of free and superassembled complexes in intact cells demonstrating in situ that the cellular organization of the mitochondrial respiratory chain are correctly represented by the plasticity model.

    On the other hand, It is known that mutations in genes encoding subunits of the mitochondrial complexes may affect the stability of other complexes. Therefore, as a second main aim, we investigate the molecular mechanism that allows CIII mutants, to suppress the effect of mutations, which impede the assembly of respiratory complexes in normal circumstances.