Investigadores del Centro Andaluz de Biología para el Desarrollo (CABD) y de la Universidad Pablo de Olavide (UPO) han participado junto a investigadores del Centro Investigación Cooperativa en Biomateriales (CIC biomaGUNE), los Centros de Investigación Biomédica en Red (CIBERES, CIBERER, CIBERFES y CIBERCV) y el Instituto de investigación sanitaria Gregorio Marañón (IiSGM), coordinados por J.A. Enríquez, del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), y A. Martínez-Ruiz, del Instituto de Investigación Sanitaria del Hospital Universitario de la Princesa (IIS-IP), en la demostración del control que el sodio ejerce sobre la respuesta a la hipoxia de la cadena respiratoria mitocondrial. Este estudio describe, en gran parte, el mecanismo por el cual se incrementa la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las etapas tempranas de la hipoxia, disminución aguda de oxígeno, una información clave para avanzar en el conocimiento de la fisiología celular y en las terapias para el tratamiento de las distintas patologías en las que la hipoxia está involucrada, como el ictus o el paro cardíaco. Los resultados han sido publicados en la revista Nature.
La mayoría de las células eucariotas dependen del consumo de oxígeno que se produce a través del sistema de fosforilación oxidativa mitocondrial (OXPHOS) para producir energía, y este sistema produce también, a partir del oxígeno, especies reactivas de oxígeno (ROS), unas entidades moleculares consideradas hasta hace poco tiempo sustancias tóxicas del metabolismo. Sin embargo, en bajas concentraciones, estas ROS actúan como señales capaces de impulsar adaptaciones celulares. De esta forma, en los primeros minutos tras disminuir la concentración de oxígeno, se generan las ROS que ejercen de señalizadores para iniciar la respuesta de adaptación celular a la deficiencia de oxígeno, explican los científicos.
En 2019, el Premio Nobel de Medicina o Fisiología se otorgó a los investigadores que descubrieron el mecanismo por el que se desarrollan respuestas a la hipoxia sostenida en el tiempo, que está mediado por los factores de respuesta a hipoxia (HIF). Sin embargo, el organismo tiene otras respuestas más rápidas a la hipoxia, que no dependen de HIF, y en las que participan las ROS. El mecanismo preciso por el cual se incrementa la producción de ROS en etapas tempranas de la hipoxia sigue siendo desconocido, pero gracias a este nuevo trabajo se tiene ahora un mejor conocimiento.
Así, se ha determinado que el sodio (Na+) que entra en las mitocondrias actúa como un segundo mensajero regulando la función de la mitocondria, en concreto de la cadena de transporte electrónico mitocondrial, causando la producción controlada de ROS. Este mecanismo es fundamental para la adaptación de la circulación sanguínea pulmonar a situaciones de hipoxia mediante la redistribución del flujo de sangre a zonas menos ventiladas, un fenómeno llamado vasoconstricción pulmonar hipóxica.
Varios aspectos del estudio son claves para la fisiología celular, según explican los investigadores. Primero, la capacidad del sodio mitocondrial de regular la fluidez de membranas celulares, un aspecto desconocido hasta el momento y que podría tener grandes implicaciones en la regulación de multitud de procesos celulares. Segundo, la relevancia en este proceso de los supercomplejos mitocondriales, generando estructuras sensibles o insensibles al sodio dentro de la cadena de transporte electrónico mitocondrial permitiendo que la acción del sodio no sea tóxica.
Además, la entrada de sodio en la mitocondria viene precedida de una solubilización del calcio que está depositado dentro de las mitocondrias, en unas estructuras que habían sido descritas hace más de 50 años, pero para las que hasta ahora no se conocía su función fisiológica.
Por último, el trabajo también demuestra que la inhibición del intercambiador mitocondrial de sodio/calcio (NCLX) es suficiente para bloquear esta vía, evitando la adaptación a la hipoxia, algo que podría ser usado como terapia para las distintas patologías en las que la hipoxia está involucrada.
Los investigadores concluyen que sus resultados revelan que el sodio controla la función OXPHOS y la señalización celular en hipoxia a través de una inesperada interacción con fosfolípidos, con profundas consecuencias en el metabolismo celular.
Referencia al artículo: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2551-y