Papel de la proteina mitocondrial mitofusina-2 en el metabolismo hepatico

• Autores: José Carlos Paz Gutiérrez
• Directores de la Tesis: Antonio Zorzano Olarte (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2008
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Fàtima Bosch i Tubert (presid.), José Carlos Perales Losa (secret.), Francesc Palau Martínez (voc.), Francesc Villarroya Gombau (voc.), Miguel Ángel Medina Torres (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
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• Resumen

  • Mitofusina-2 es una proteína mitocondrial codificada por el genoma nuclear cuya función está relacionada con el mantenimiento de la morfología y la función de las mitocondrias. Se trata de una proteína que media el proceso de fusión mitocondrial y que además está implicada en el control de la capacidad oxidativa mitocondrial en distintos tipos celulares (fibroblastos embrionarios, células musculares, células HeLa, ...). Su expresión se encuentra reducida en músculo esquelético de pacientes obesos y diabéticos de tipo 2, situación caracterizada por una reducida capacidad mitocondrial de oxidación de sustratos. Es más, en estudios llevados a cabo en células musculares en cultivo se demuestra que la reducción específica de Mitofusina-2 da lugar a una disminución en la oxidación de glucosa así como en el potencial de membrana mitocondrial (¿¿). De forma inversa, su sobre-expresión en células HeLa potencia la capacidad oxidativa mitocondrial. Asimismo, su expresión en músculo esquelético está regulada por el coactivador PGC-1¿, el cual es un regulador central de la biogénesis así como del metabolismo mitocondrial en este tejido así como en tejido adiposo marrón. Este coactivador desempeña un papel esencial induciendo la gluconeogénesis en hígado.

    Este trabajo se inició realizado un estudio de los niveles de Mitofusina-2 en tejidos cuya expresión es relevante (Corazón, riñón, músculo esquelético e hígado). Se analizó el impacto de la diabetes experimental por administración estreptozotocina en ratas, un modelo de diabetes de tipo 1 ampliamente utilizado que se caracteriza por insulinopenia e hiperglicemia. Los niveles de Mitofusina-2 en músculo esquelético se encuentran reducidos en este modelo en la porción roja del músculo. Esta porción es especialmente dependiente del metabolismo mitocondrial para su metabolismo energético. Asimismo se encontró un incremento muy llamativo de Mitofusina-2 en hígado de ratas sometidas a diabetes experimental. Esta observación determinó en gran medida el desarrollo de esta tesis así como el planteamiento de los objetivos.

    Se confirmó el incremento hepático de Mitofusina-2 en situaciones caracterizadas por un metabolismo aumentado del hígado, tales como el ayuno prolongado (48 horas) y la resistencia a insulina asociada a obesidad (ratón ob/ob). Por tanto, los niveles hepáticos de Mitofusina-2 se encuentran aumentados en situaciones caracterizadas o bien por una disminución en insulina (diabetes experimental y ayuno) o bien por una acción reducida de la hormona (ratón ob/ob). Asimismo, se analizó la morfología mitocondrial de hepatocitos de ratas sometidas a diabetes experimental. En el hepatocito las mitocondrias muestran una estructura esferoidal que contrasta con la red mitocondrial tubular encontrada en otros tipos celulares (células musculares, neuronas o astrocitos corticales). Como consecuencia de la diabetes experimental estas esferas mitocondriales del hígado sufren un cambio morfológico de tal forma que se ha observado un incremento en su diámetro. En esta situación tiene lugar un incremento en la abundancia de Mitofusina-2 que posiblemente esté relacionado con el incremento en el tamaño mitocondrial observado.

    Se ha analizado la acción del factor de transcripción hepático HNF-4¿ sobre el promotor humano de Mitofusina-2, así como la acción del coactivador PGC-1¿. Se ha demostrado la acción estimuladora de HNF-4¿ sobre el promotor de Mitofusina-2 y la coactivación de esta acción tanto por PGC-1¿ como PGC-1ß. Este efecto se ha observado en estudios de transfección en células de hepatoma Fao.

    Finalmente se demuestra una implicación funcional de Mitofusina-2 en la gluconeogénesis. La reducción de Mitofusina-2 en células Fao da lugar a una reducción en la capacidad de producción de glucosa de estas células cuando se parte de precursores que deben entrar en la mitocondria para dar lugar a glucosa (Lactato y piruvato). Cuando se emplea un precursor que entra en la ruta en pasos posteriores (dihidroxiacetona) no se observan cambios en la producción de glucosa. Estos resultados indican un impacto de la reducción de Mitofusina-2 sobre los pasos mitocondriales de la ruta. En esta línea la reducción de Mitofusina-2 da lugar a una disminución en el que podría implicar una menor incorporación de piruvato a la mitocondria. La sobre-expresión de una forma truncada de Mitofusina-2 (carente de los residuos 607-757) da lugar a una mayor producción de glucosa en células Fao a partir de lactato y piruvato así como a un incremento en el potencial de membrana mitocondrial. Esta sobre-expresión no modifica la gluconeogénesis a partir de dihidroxiacetona. La sobre-expresión hepática en ratones de esta versión de Mitofusina-2 da lugar a una mayor glucemia en ayunas así como a un pico mayor de glucemia tras la inyección de piruvato.

    Los resultados presentados en esta tesis permiten afirmar que Mitofusina-2 desempeña un importante papel regulador de la gluconeogénesis a través de su capacidad de modular el metabolismo mitocondrial.