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la proteína Luz-activada restablece la función de mitochondrion en el modelo de la mosca del vinagre de la enfermedad de Parkinson

Una proteína sensible a la luz puede restablecer las mitocondrias funciona en las moscas del vinagre que soportan una mutación de gen asociada a la enfermedad de Parkinson y releva sus síntomas, denuncia a investigadores en la universidad de Juntendo en la biología de las comunicaciones del gorrón.  Los resultados proporcionan una “prueba del concepto” para la aproximación como tratamiento potencial para la enfermedad de Parkinson.

【Juntendo Research Video】Dr. Imai, the Department of Research for Parkinson’s Disease(今居 譲 先任准教授)

La enfermedad de Parkinson se estima para afectar a 10 millones mundiales, con una incidencia de casi 2 en cada 100 entre ésos 80 envejecidos y encima. La falla funcional en las mitocondrias - sabidas como las casas de la potencia de células - se piensa para llevar a los muchos síntomas de la enfermedad, que afectan sobre todo movilidad dando por resultado la sacudida, la lentitud y la rigidez, pero también incluye vario físico, cognoscitivo y los síntomas psicológicos tales como nervio duelen, los vértigos, demencia y depresión. El Imai y Nobutaka Hattori de Yuzuru en la universidad y los colegas de Juntendo en la universidad de Shizuoka y de la universidad de Waseda en Japón ahora han desarrollado una proteína luz-activada, nombrada Mito-Delta-rhodopsin (el Mito-Dr.), que restablece la función de mitochondrion en un modelo de la mosca del vinagre de la enfermedad.

La investigación anterior ha apuntado hacia mutaciones en el gen CHCHD2 de la codificación de la proteína como la causa de la enfermedad, así como determinando varios procesos celulares a que la enfermedad afecta. En términos de procesos generadores de energía, la producción de ATP - el dinero en circulación de la energía en células - se disminuye y la generación de aumentos reactivos de la especie del oxígeno. Otros cambios incluyen una acumulación de α-synuclein, de una proteína encontrada sobre todo en los extremos de neuronas, de una falta de buffering de los niveles de iones de Ca2+, que transfieren señales alrededor del sistema nervioso, y final de una baja de neuronas dopaminérgicas.

Como modelo para estudiar la enfermedad, el Imai, Hattori y los colegas utilizaron la Drosophila donde el análogo de la mosca para el gen CHCHD2 fue hecho inoperante (golpeado fuera). Encontraron que la producción disminuida del ATP, la especie reactiva creciente del oxígeno, la acumulación del α-synuclein y la baja de Ca2+-buffering, así como la baja de la neurona resultaron todo de la modificación genética.

Las funciones mitocondriales implican la interacción de los ciclos complejos de la reacción, de los procesos redox y de las fuerzas electroquímicas. Con la esperanza de restablecer las funciones perdidas, los investigadores examinaron los efectos cuando las moscas fueron tratadas con las mitocondrias diseñadas para expresar una proteína luz-activada del protón-transportador - Delta-rhodopsin. Encontraron que con la exposición para encender las mitocondrias las funciones fueron restablecidas en las moscas que expresaban esta proteína en mitocondrias de la célula. También observaron los efectos beneficiosos sobre funciones mitocondriales de terminales dopaminérgicas, de la producción creciente de la dopamina, de la actividad locomotora y del comportamiento del vuelo.

Las mismas funciones no fueron restablecidas en los mandos que expresaban al Mito-Dr. diseñado para no responder a la luz, confirmando que la acción de la proteína luz-activada y no de la luz sí mismo era responsable de las recuperaciones observadas. Los investigadores concluyen que los resultados proporcionan una prueba del ` del concepto' para una estrategia terapéutica potencial para la enfermedad de Parkinson.

Fondo

Reacciones redox

Las reacciones que agregan los átomos de oxígeno a una molécula se llaman las reacciones oxidantes y las que reducen el número de átomos de oxígeno se llaman las reacciones de la reducción. Como extensión de su papel en estas reacciones, la transferencia de los iones hidrogenados (H+) y los electrones también se describen como oxidando y reduciendo, o colectivamente redox, procesos.

Mitocondrias y energía

El trifosfato de adenosina (ATP) es la substancia química responsable de capturar energía química de la avería de la comida para poderlo utilizar para aprovisionar de combustible las funciones de células en la carrocería. Las mitocondrias producen el ATP oxidando el piruvato y NADH, los productos principales de la glucosa. El proceso incluye una serie de reacciones llamadas el ciclo de ácido cítrico. El piruvato se transporta activamente a través de la membrana mitocondrial interna a la matriz mitocondrial donde se encuentran las enzimas cítricas del ciclo. El ciclo cítrico también produce los cofactores reducidos que son una fuente de electrones en el tren del transporte del electrón.

Las pequeñas cantidades de energía liberadas en la transferencia de las substancias químicas que introducen en la cadena de transporte del electrón se pueden utilizar para bombear los protones en el espacio del intermembrane, que establece un gradiente electroquímico a través de la membrana interna. Los electrones que reducen prematuramente el oxígeno en este proceso pueden llevar a la especie reactiva del oxígeno y causar la tensión oxidativa a las mitocondrias, que se relaciona con la disminución mitocondrial relativa a la edad. La fuga del protón puede bajar inversamente la producción de especie reactiva del oxígeno y se piensa para ocurrir mientras que sube la fuerza mitocondrial del protón-motivo.

Las mitocondrias pueden también salvar los iones de Ca2+. La regulación de la concentración de estos iones afecta a las reacciones de la señal importantes para la transducción de la señal en la célula. La baja de estos iones puede llevar a los picos y a los cambios del ión del calcio en el potencial de la membrana. Puede también accionar la baja de neurotransmisores en células nerviosas y hormonas en células endocrinas.

Delta-rhodopsin

El Delta-rhodopsin (dR) es un tipo de bacterias que prospera en altas concentraciones de la sal. Impulsa el transporte de ión unidireccional de la transmembrana en respuesta a luz con la isomerización - un cambio de los átomos constitutivos - de una forma de la vitamina A conocida como retiniana.

En sus experimentos de mando los investigadores reemplazan dos de los residuos dominantes implicados en la isomerización por aminoácidos no funcionales. De modo que el Dr. del mando aunque el presente no fuera activado por la luz.

Source:
Journal reference:

Imai, Y., et al. (2020) Light-driven activation of mitochondrial proton-motive force improves motor behaviors in a Drosophila model of Parkinson’s disease. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-019-0674-1.