Análisis del ADN mitocondrial de dos muestras del yacimiento paleolítico de El Pirulejo.

En la presente publicación se presentan los resultados del análisis del ADN mitocondrial (ADNmt) de dos individuos del nivel magdaleniense de El Pirulejo (Córdoba) (Asquerino et al., 1991). Las secuencias obtenidas se encuadran dentro de la variabilidad genética del hombre moderno actual, sin presentar similitud alguna con las secuencias de ADN mitocondrial de neandertal publicadas hasta la fecha. La distribución actual de las variantes mitocondriales encontradas en las dos muestras de El Pirulejo es similar a la encontrada en otros dos individuos Paleolíticos (Caramelli et al., 2003), y coherente con el modelo de expansión del hombre anatómicamente moderno desde África.

Identificació de noves dianes terapèutiques en neoplàsies limfoides

El limfoma de cèl•lules de mantell (LCM) és un limfoma de cèl•lules B incurable que presenta sobreexpressió de ciclina D1. Això fa necessari el desenvolupament de noves teràpies. Els gens supressors de tumors estan alterats en càncer pel silenciament epigenètic aberrant, com a conseqüència de la desacetilació de les histones dels seus promotors. Els inhibidors de les desacetilases d'histones (HDACi) són nous compostos amb resultats prometedors per al tractament de tumors. L'objectiu principal, i que ha durat 7 mesos, va ser analitzar l'activitat antitumoral de l'àcid hidroxàmic suberoilanílid (SAHA, vorinostat), un HDACi en fase d'assajos clínics per al tractament de varis tumors, en cèl•lules de LCM. Es va analitzar la sensibilitat al SAHA (Merck Pharmaceuticals) en nou línies cel•lulars humanes de LCM, que es diferenciaven en les alteracions genètiques, les característiques replicatives i la sensibilitat als fàrmacs; i cèl•lules primàries de 6 pacients. El SAHA va presentar un efecte citotòxic heterogeni amb DL50 (Dosi Letal 50) de 3.25 μM a &25 μM amb 24 d'incubació. Aquest efecte citotòxic s'incrementava notablement després de 48 hores d'incubació assolint una DL50 de 0.34 a 5.69 μM. Cal destacar que 5 dels 6 casos de les mostres primàries de LCM van mostrar una elevada sensibilitat (DL50 & 8.07 μM). A nivell mecanistic, el SAHA va augmentar l'acetilació de les histones H3 i H4, i va disminuir els nivells de proteïna de la ciclina D1 i c-Flip. La citometria de flux i els anàlisis per Western Blot van posar de manifest que l'efecte citotòxic del SAHA es dóna a través de l'activació de la via mitocondrial de mort cel•lular i la cascada de caspases. El SAHA indueix l'expressió transcripcional de la proteïna proapoptòtica Bmf. Aquests resultats suggereixen que el SAHA podria ser una nova teràpia prometedora per al tractament del LCM.

Paper de RIP140 en la fisiopatogenia de la adrenoleucodistròfia lligada a l'X.

La adrenoleucodistrofia ligada al X (X-ALD) es un enfermedad neurometabólica fatal caracterizada por una desmielinización cerebral progresiva infantil (CCALD) o por una neurodegeneración de la médula espinal (adrenomieloneuropatía, AMN), insuficiencia adrenal y acumulación de ácidos grasos de cadena muy larga (AGCML) como el ácido hexacosanoico (C26:0) en tejidos. La enfermedad está causada por mutaciones en el gen ABCD1 el cual codifica para un transportador peroxisomoal que importa AGCML. El ratón knockout para Abcd1 (Abcd1-) desarrolla alteraciones en la médula espinal que mimetizan el modelo de enfermedad AMN con inicio de los síntomas a los 20 meses. Previamente, nuestro grupo evidenció mediante análisis de transcriptómica, una desregulación mitocondrial en el modelo murino Abcd1- . En este trabajo demostramos que tanto en el ratón Abcd1- como en la sustancia blanca afectada de pacientes X-ALD hay una depleción mitocondrial. Para poder explicar esta depleción, estudiamos los niveles de un repressor de la biogenesis mitocondrial, RIP140. En cultivo organotípico de cortes de médula espinal observamos un aumento de los niveles proteicos de RIP140 en el ratón Abcd1- y también un aumento mediado por C26:0. Estos resultados indican que la sobreexpresión de RIP140 puede ser la responsable de la depleción mitocondrial presente en el ratón Abcd1- y una posible nueva diana terapèutica para la X-ALD.

Estudio de los factores mitocondriales y ambientales que contribuyen a la sordera por cisplatino

L'ototoxicitat per cisplatí es presenta fins en un 70% dels pacients i pogués estar relacionada amb els haplogrups de l'ADN mitocondrial de cada individu. Material i Mètode: es va determinar el haplogrup de 26 pacients tractats amb cisplatí i es va realitzar un seguiment audiomètric durant el tractament. Resultats: 61,5% va presentar pèrdua auditiva significativa. Haplogrups: 16 pertanyents al grup HV, 6 al UK, 3 al WIX i 1 al JT. No es va trobar relació entre la pèrdua auditiva i els haplogrups de l'ADN mitocondrial. Conclusió: L'ototoxicitat per cisplastí no guarda relació amb els haplogrups de l'ADN mitocondrial.

PGC-1α regula la respuesta celular frente a estrés oxidativo en el miocardio tras síndrome coronario agudo

PGC-1α es un factor de transcripción maestro en la regulación mitocondrial de genes de protección frente a estrés oxidativo. Decidimos analizar el papel de la molécula en la regulación celular miocárdica tras infarto agudo. Evaluamos 38 pacientes con diagnóstico de SCACEST sometidos a estrategia de reperfusión. Encontramos que los pacientes con nivel basal de expresión reducido y mayor inducción de PGC-1α tras el evento presentaban infartos más extensos estimados por resonancia cardiaca. Concluimos que PGC-1α participa en la regulación de la respuesta celular frente a isquemia, en base a la activación de enzimas de protección mitocondrial.

Estudi de la relació estructura-funció de les proteïnes CPT1

En aquest treball s’ha analitzat la relació estructura-funció dels enzims CPT1, o Carnitina palmitoïltransferasa 1, que catalitza la reacció de transesterificació dels àcids grassos de cadena llarga a acil-carnitines, per tal que puguin accedir a la matriu mitocondrial i ser oxidats. Aquest enzim es troba estrictament regulat per malonil-CoA, primer intermediari de la síntesi d’àcids grassos, establint-se així una regulació coordinada entre la formació i la degradació de grasses. S’han estudiat els tres isotips de CPT1 descrits fins al moment: CPT1A, CPT1B i CPT1C. Mitjançant l’expressió heteròloga de mutants de CPT1A de rata i CPT1B de porc en el llevat P. pastoris, s’ha estudiat l’efecte sobre la inhibició per malonil-CoA de petits canvis en la seva estructura, per tal de trobar una relació entre la seva funció enzimàtica i la disposició conformacional de la proteïna. Segons els resultats obtinguts, el residu Glu590 de CPT1A de rata estaria impedint la unió de l’inhibidor, mentre que el residu Met593 estaria afavorint aquesta unió. Els estudis amb l’enzim CPT1B de porc demostraren l’existència d’un determinant positiu per la sensibilitat al malonil-CoA en els primers 18 residus de la proteïna, i definiren la posició Glu17 com la responsable de l’alta afinitat a la carnitina i la baixa sensibilitat a la inhibició per malonil-CoA (8). Es clonà i caracteritzà la regió promotora del gen de CPT1C humana, amb la intenció d’analitzar la funcionalitat de putatius elements de resposta identificats in silico. Cap dels elements estudiats resultà ser funcional in vivo. A més, es demostrà que la manca d’activitat catalítica de la proteïna no és deguda a l’extensió C-terminal que presenta respecte els isotips A i B, tot i presentar un alt percentatge d’identitat de seqüència. S’ha amplificat una isoforma humana de CPT1C (Pubmed Acc. Num. AK299866), corresponent a la regió carboxiterminal de la proteïna, que es pretén utilitzar per obtenir el primer cristall de la part soluble d’una proteïna CPT1.     

Genetic characterization of the ABO blood group in Neandertals

Background: The high polymorphism rate in the human ABO blood group gene seems to be related to susceptibility to different pathogens. It has been estimated that all genetic variation underlying the human ABO alleles appeared along the human lineage, after the divergence from the chimpanzee lineage. A paleogenetic analysis of the ABO blood group gene in Neandertals allows us to directly test for the presence of the ABO alleles in these extinct humans. Results: We have analysed two male Neandertals that were retrieved under controlled conditions at the El Sidron site in Asturias (Spain) and that appeared to be almost free of modern human DNA contamination. We find a human specific diagnostic deletion for blood group O (O01 haplotype) in both Neandertal individuals. Conclusion: These results suggest that the genetic change responsible for the O blood group in humans predates the human and Neandertal divergence. A potential selective event associated with the emergence of the O allele may have therefore occurred after humans separated from their common ancestor with chimpanzees and before the human-Neandertal population divergence.

Reassessing the role of mitochondrial DNA mutations in autism spectrum disorder

Background: There is increasing evidence that impairment of mitochondrial energy metabolism plays an important role in the pathophysiology of autism spectrum disorders (ASD; OMIM number: 209850). A significant proportion of ASD cases display biochemical alterations suggestive of mitochondrial dysfunction and several studies have reported that mutations in the mitochondrial DNA (mtDNA) molecule could be involved in the disease phenotype. Methods: We analysed a cohort of 148 patients with idiopathic ASD for a number of mutations proposed in the literature as pathogenic in ASD. We also carried out a case control association study for the most common European haplogroups (hgs) and their diagnostic single nucleotide polymorphisms (SNPs) by comparing cases with 753 healthy and ethnically matched controls.Results: We did not find statistical support for an association between mtDNA mutations or polymorphisms and ASD.Conclusions: Our results are compatible with the idea that mtDNA mutations are not a relevant cause of ASD and the frequent observation of concomitant mitochondrial dysfunction and ASD could be due to nuclear factors influencing mitochondrion functions or to a more complex interplay between the nucleus and the mitochondrion/mtDNA.

Statistical properties of new neutrality tests against population growth.

A number of statistical tests for detecting population growth are described. We compared the statistical power of these tests with that of others available in the literature. The tests evaluated fall into three categories: those tests based on the distribution of the mutation frequencies, on the haplotype distribution, and on the mismatch distribution. We found that, for an extensive variety of cases, the most powerful tests for detecting population growth are Fu"s FS test and the newly developed R2 test. The behavior of the R2 test is superior for small sample sizes, whereas FS is better for large sample sizes. We also show that some popular statistics based on the mismatch distribution are very conservative. Key words: population growth, population expansion, coalescent simulations, neutrality tests

Mitochondrial dysfunction increases oxidative stress and decreases chronological life span in fission yeast

Background: Oxidative stress is a probable cause of aging and associated diseases. Reactive oxygen species (ROS) originate mainly from endogenous sources, namely the mitochondria. Methodology/Principal Findings: We analyzed the effect of aerobic metabolism on oxidative damage in Schizosaccharomyces pombe by global mapping of those genes that are required for growth on both respiratory-proficient media and hydrogen-peroxide-containing fermentable media. Out of a collection of approximately 2700 haploid yeast deletion mutants, 51 were sensitive to both conditions and 19 of these were related to mitochondrial function. Twelve deletion mutants lacked components of the electron transport chain. The growth defects of these mutants can be alleviated by the addition of antioxidants, which points to intrinsic oxidative stress as the origin of the phenotypes observed. These respiration-deficient mutants display elevated steady-state levels of ROS, probably due to enhanced electron leakage from their defective transport chains, which compromises the viability of chronologically-aged cells. Conclusion/Significance: Individual mitochondrial dysfunctions have often been described as the cause of diseases or aging, and our global characterization emphasizes the primacy of oxidative stress in the etiology of such processes.

Estudi del procés de neurodegeneració

Les anomenades malalties neurodegeneratives tenen una simptomatologia i unes manifestacions clíniques molt diferents entre elles. No obstant, totes elles convergeixen en el mateix procés final, la neurodegeneració, que es manifestarà en diferents localitzacions o tipus cel·lulars del sistema nerviós. Nosaltres, plantegem la hipòtesi de que els processos moleculars i cel·lulars subjacents a la neurodegeneració són comuns per totes elles. Després de dur a terme un procés de selecció, es decideix treballar amb la malaltia de Parkinson, la d’Alzheimer, l’Esclerosi lateral amiotròfica i l’esclerosi múltiple. Hem pogut determinar que hi ha set processos moleculars o cel·lulars que estan associats al procés de neurodegeneració i que són comuns a totes elles. Havent-les estudiat per separat s’observa que el procés de neurodegeneració consisteix en una fallada en cadena de diferents sistemes moleculars i cel·lulars que tenen com a punt d’origen l’estrès oxidatiu. A aquest estrès s’hi pot arribar de diferents maneres. Una d’elles és l’exposició excessiva a certs metalls, que provoca la pèrdua dels sistemes antioxidants cel·lulars. Degut a això, els mitocondris reben un impacte oxidatiu massa gran i comencen a fallar. El fet que aquest orgànul actuï com a tampó del calci intracel·lular en provoca la seva desregulació, alterant d’aquesta manera el senyal nerviós. En resposta a l’estrès oxidatiu i tèrmic que genera la disfunció mitocondrial, s’activen les Proteïnes de Xoc Tèrmic (HSP) que actuant de citocines i presentadores d’antígens, inicien la resposta immunològica contra les cèl·lules danyades. Paral·lelament, s’observa un increment de la permeabilitat de la barrera hematoencefàlica degut a la pèrdua de les adhesions cel·lulars estretes per l’alta presència d’espècies reactives. Com a conseqüència de l’afebliment o el trencament de la barrera hematoencefàlica, es pot produir una entrada al SNC de diferents substàncies neurotòxiques i de cèl·lules del sistema immunitàri que, en condicions normals tenen l’accés restringit. Juntament amb aquestes cèl·lules immunològiques, també s’activen les cèl·lules del sistema immunitari innat residents al cervell, la micròglia, i totes elles secreten citocines proinflamatòries que contribueixen al procés de neurodegeneració. Nosaltres presentem els mecanismes pels quals aquesta inflamació, lluny d’atenuar-se, es cronifica per l’acció de certs bucles de retroalimentació positiva. Les diferents peculiaritats de cada malaltia contribueixen en aquest procés de diferents maneres, com és el cas dels pèptids β-amilides en la malaltia d’Alzheimer, l’α-sinucleina en el Parkinson, la superòxid dismutasa (SOD) en l’esclerosi lateral amiotròfica, o l’infiltració de leucòcits al cervell degut a la resposta autoimmune de l’esclerosi múltiple.Deixant de banda aquestes diferències, si el procés és comú entre totes elles, l’estudi a fons d’aquest procés hauria de poder permetre identificar dianes tarapèutiques que siguin comunes per les quatre malalties.

Molecular dating of caprines using ancient DNA sequences of Myotragus balearicus, an extinct endemic Balearic mammal

Background: Myotragus balearicus was an endemic bovid from the Balearic Islands (Western Mediterranean) that became extinct around 6,000-4,000 years ago. The Myotragus evolutionary lineage became isolated in the islands most probably at the end of the Messinian crisis, when the desiccation of the Mediterranean ended, in a geological date established at 5.35 Mya. Thus, the sequences of Myotragus could be very valuable for calibrating the mammalian mitochondrial DNA clock and, in particular, the tree of the Caprinae subfamily, to which Myotragus belongs. Results: We have retrieved the complete mitochondrial cytochrome b gene (1,143 base pairs), plus fragments of the mitochondrial 12S gene and the nuclear 28S rDNA multi-copy gene from a well preserved Myotragus subfossil bone. The best resolved phylogenetic trees, obtained with the cytochrome b gene, placed Myotragus in a position basal to the Ovis group. Using the calibration provided by the isolation of Balearic Islands, we calculated that the initial radiation of caprines can be dated at 6.2 ± 0.4 Mya. In addition, alpine and southern chamois, considered until recently the same species, split around 1.6 ± 0.3 Mya, indicating that the two chamois species have been separated much longer than previously thought. Conclusion: Since there are almost no extant endemic mammals in Mediterranean islands, the sequence of the extinct Balearic endemic Myotragus has been crucial for allowing us to use the Messinian crisis calibration point for dating the caprines phylogenetic tree.

Reversible mitochondrial respiratory chain impairment during symptomatic hyperlactatemia associated with antiretroviral therapy

Direct evidence confirming the hypothesis that a dysfunction of the mitochondrial respiratory chain (MRC) underlies the pathogenesis of hyperlactatemia associated with highly active antiretroviral therapy (HAART) is scarce. We studied mitochondrial DNA (mtDNA) content and MRC function in the skeletal muscle of an HIV-infected patient during an episode of symptomatic hyperlactatemia. Skeletal muscle biopsy was performed during the episode when the patient was symptomatic and 3 months later when the patient was clinically recovered. Assessment of mitochondria was performed using histological, polarographic, spectrophotometrical, and Southern blot and real time PCR DNA quantification methods. The histological study disclosed extensive mitochondrial impairment in the form of ragged-red fibers or equivalents on oxidative reactions. These findings were associated with an increase in mitochondrial content and a decrease in both mitochondrial respiratory capacity and MRC enzyme activities. Mitochondrial DNA content declined to 53% of control values. Mitochondrial abnormalities had almost disappeared later when the patient became asymptomatic. Our findings support the hypothesis that MRC dysfunction stands at the basis of HAART-related hyperlactatemia.

Reversible mitochondrial respiratory chain impairment during symptomatic hyperlactatemia associated with antiretroviral therapy

Direct evidence confirming the hypothesis that a dysfunction of the mitochondrial respiratory chain (MRC) underlies the pathogenesis of hyperlactatemia associated with highly active antiretroviral therapy (HAART) is scarce. We studied mitochondrial DNA (mtDNA) content and MRC function in the skeletal muscle of an HIV-infected patient during an episode of symptomatic hyperlactatemia. Skeletal muscle biopsy was performed during the episode when the patient was symptomatic and 3 months later when the patient was clinically recovered. Assessment of mitochondria was performed using histological, polarographic, spectrophotometrical, and Southern blot and real time PCR DNA quantification methods. The histological study disclosed extensive mitochondrial impairment in the form of ragged-red fibers or equivalents on oxidative reactions. These findings were associated with an increase in mitochondrial content and a decrease in both mitochondrial respiratory capacity and MRC enzyme activities. Mitochondrial DNA content declined to 53% of control values. Mitochondrial abnormalities had almost disappeared later when the patient became asymptomatic. Our findings support the hypothesis that MRC dysfunction stands at the basis of HAART-related hyperlactatemia.

Mitochondrial DNA mutations induce mitochondrial dysfunction, apoptosis and sarcopenia in skeletal muscle of mitochondrial DNA mutator mice

Background: Aging results in a progressive loss of skeletal muscle, a condition known as sarcopenia. Mitochondrial DNA (mtDNA) mutations accumulate with aging in skeletal muscle and correlate with muscle loss, although no causal relationship has been established. Methodology/Principal Findings: We investigated the relationship between mtDNA mutations and sarcopenia at the gene expression and biochemical levels using a mouse model that expresses a proofreading-deficient version (D257A) of the mitochondrial DNA Polymerase c, resulting in increased spontaneous mtDNA mutation rates. Gene expression profiling of D257A mice followed by Parametric Analysis of Gene Set Enrichment (PAGE) indicates that the D257A mutation is associated with a profound downregulation of gene sets associated with mitochondrial function. At the biochemical level, sarcopenia in D257A mice is associated with a marked reduction (35–50%) in the content of electron transport chain (ETC) complexes I, III and IV, all of which are partly encoded by mtDNA. D257A mice display impaired mitochondrial bioenergetics associated with compromised state-3 respiration, lower ATP content and a resulting decrease in mitochondrial membrane potential (Dym). Surprisingly, mitochondrial dysfunction was not accompanied by an increase in mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production or oxidative damage. Conclusions/Significance: These findings demonstrate that mutations in mtDNA can be causal in sarcopenia by affecting the assembly of functional ETC complexes, the lack of which provokes a decrease in oxidative phosphorylation, without an increase in oxidative stress, and ultimately, skeletal muscle apoptosis and sarcopenia.