norteEl metabolismo normal produce especies reactivas de oxígeno (ROS) que, si no se eliminan, pueden dañar los componentes celulares. Como resultado, las ROS de las mitocondrias hiperactivas se citan con frecuencia como una fuente de daño al ADN. A pesar de esta creencia arraigada, pocos estudios han demostrado claramente esta relación.
Tobias Dansen, biólogo redox del Centro Médico Universitario de Utrecht, durante sus estudios de posgrado creía que las ROS producidas por las mitocondrias podrían dañar el ADN. Esta idea comenzó a cambiar a medida que asistió a más reuniones y conoció a bioquímicos que estudiaban biología redox. «Empiezas a darte cuenta de que para pasar de las mitocondrias al núcleo y dañar el ADN, tienes que pasar por muchas cosas», dijo, añadiendo que debido a la reactividad de las ROS, quedan atrapadas en el camino.
Tobias Dansen (izquierda) y Dan van Soest (derecha) cuestionaron la creencia de que las ROS mitocondriales causan daño al ADN, demostrando que estos productos no funcionan eficazmente en el núcleo en condiciones normales.
Virley Howe
Dansen y su estudiante de posgrado y coautor del estudio, Dan Van Soest, pusieron a prueba esta hipótesis. En un artículo publicado en comunicación de la naturaleza, El equipo demostró que el peróxido de hidrógeno, una ROS producida por las mitocondrias, no se difunde hacia el núcleo.1 Teniendo en cuenta la presencia de bases de ADN mutadas por radicales hidroxi en los tumores, los hallazgos aún deben identificar la fuente nuclear de ROS.
Para estudiar específicamente el efecto dependiente de la ubicación de la liberación de peróxido de hidrógeno, utilizaron D-aminoácido oxidasa (DAAO), que produce esta ROS cuando se agrega D-alanina.2 Para estudiar los efectos del peróxido de hidrógeno producido en estos sitios específicos, el equipo fusionó DAAO con una proteína del nucleosoma o una proteína de la membrana mitocondrial.
El peróxido de hidrógeno se difunde mal a través de la membrana nuclear, pero el equipo evaluó si el aumento de las concentraciones mejoraba esta migración. La sonda fluorescente HyPer7 (una variante de la sonda original, HyPer, que lleva el nombre del peróxido de hidrógeno) se activa en presencia de peróxido de hidrógeno.3,4 El grupo demostró que mientras que el peróxido de hidrógeno producido por DAAO en el núcleo activaba el HyPer7 localizado en el núcleo, el DAAO unido a las mitocondrias no activaba significativamente el HyPer7 nuclear sin niveles tóxicos de peróxido de hidrógeno.
El equipo planteó la hipótesis de que los niveles de peróxido de hidrógeno por debajo de la detección de HyPer7 aún podrían causar daños en el ADN. Mientras que la activación nuclear de DAAO puso en marcha proteínas reparadoras de daños en el ADN y provocó roturas en las cadenas de ADN, la DAAO unida a las mitocondrias no provocó ninguno de estos efectos. Además, el peróxido de hidrógeno generado por DAAO en la membrana de las mitocondrias no indujo la detención del ciclo celular, mientras que el peróxido de hidrógeno generado por DAAO en el núcleo sí detuvo el ciclo celular.
Si bien los niveles bajos de peróxido de hidrógeno producido por DAAO en la membrana mitocondrial no dañaron el ADN ni detuvieron el ciclo celular, concentraciones más altas redujeron la viabilidad celular. Los investigadores confirmaron que una mayor producción de peróxido de hidrógeno no altera la función mitocondrial. Investigaron una forma de apoptosis causada por radicales hidroxi formados en presencia de hierro y descubrieron que, aunque estos compuestos causan la muerte celular, las células aún mueren en presencia de un aumento de peróxido de hidrógeno, lo que sugiere otros mecanismos.
«Será interesante ver con qué rapidez o facilidad se adopta la idea de que (el peróxido de hidrógeno) no llega al núcleo», dijo Ryan Barnes, biólogo celular de la Universidad de Kansas que no participó en el estudio.
Las ROS producidas por las mitocondrias no migran eficientemente desde el citosol (imágenes de la izquierda) al núcleo (imágenes de la derecha) como lo indica el mapa de colores.
Don Van Soest
Barnes, que encontró rigurosa la metodología del estudio, consideró que la respuesta a una pregunta más amplia sobre el daño del ADN mitocondrial por ROS era convincente. Sin embargo, experimentos futuros examinarán cómo el desarrollo del cáncer expone a las células a condiciones hipóxicas crónicas, desgastando las defensas antioxidantes y alterando la capacidad del peróxido de hidrógeno para propagarse a otros sitios, dijo.
Según Dansen, una cosa que todavía lo desconcierta a él y a su equipo es que ellos, como otros, descubrieron que el tratamiento de las células directamente con peróxido de hidrógeno provocaba respuestas de daño en el ADN y detención del crecimiento, pero las células no morían. Sin embargo, en su estudio, los altos niveles de peróxido de hidrógeno producido en las mitocondrias provocaron la muerte celular antes de llegar al núcleo. «Eso es algo que no puedo entender», dijo Dansen. «Esa es una de las razones por las que esta teoría es tan poderosa». Su grupo está investigando actualmente esta discrepancia.
«Esto demuestra una vez más que tenemos que tener cuidado… tal vez conscientes de las teorías que existen en biología», dijo van Soest. «Esto demuestra que necesitamos desafiar constantemente viejas ideas con nuevas herramientas que se han desarrollado a lo largo de los años porque… a veces viejas ideas o viejos hallazgos no están realmente bien explicados».
