Papel de las deshidrogenasas FAD dependientes en la fisiopatología del músculo esquelético

Abstract

La flavoproteína transportadora de electrones deshidrogenasa (ETFDH) integra el catabolismo de los aminoácidos ramificados (BCAA) y la β-oxidación de los ácidos grasos (FAO) a la fosforilación oxidativa mitocondrial (OXPHOS). A través de esta flavoproteína los electrones que derivan de la oxidación de lípidos y aminoácidos entran a la parte distal de la cadena respiratoria mitocondrial (ETC) generando el gradiente electroquímico necesario para la producción de ATP. La generación de líneas celulares de mioblastos deficientes por ETFDH y del primer modelo de ratón ETFDH KO condicional y específico de músculo esquelético han puesto de manifiesto el papel central que tiene ETFDH en el desarrollo de disfunciones mitocondriales. En esta tesis demostramos cómo la interacción directa de ETFDH con el complejo CIII de la ETC es necesaria para la actividad máxima del enzima, para el mantenimiento del potencial de membrana mitocondrial y de la homeostasia redox de las células musculares. Concretamente, la ausencia de ETFDH provoca que la subunidad catalítica CytB del CIII se encuentre constitutivamente reducida e inhibida, llevando a la acumulación patológica de CoQH2 y de radical superóxido. La expresión de una oxigenasa alternativa AOX reduce la producción de especies reactivas del oxígeno (ROS), pero no restaura la actividad del CIII, indicando que ETFDH podría participar en el mecanismo de acción de este complejo, es decir, en el ciclo del CoQ. Por otro lado, en músculo de ratón, hemos observado una interacción directa entre ETFDH y COQ2, una enzima de la biosíntesis del CoQ, por lo que ETFDH podría regular su biosíntesis y tener un papel esencial en el desarrollo de deficiencias secundarias de CoQ. Esto, en lugar de ser un evento patológico, sería una forma de adaptación de la célula para reducir el estrés mitocondrial asociado a la deficiencia de ETFDH. De hecho, reducir la cantidad de CoQ en miocitos murinos y en fibroblastos de pacientes minimiza las consecuencias patológicas de la disfunción de ETFDH

Electron carrier flavoprotein dehydrogenase (ETFDH) integrates the catabolism of branched-chain amino acids (BCAA) and β-oxidation of fatty acids (FAO) to mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS). Through this flavoprotein, the electrons derived from the oxidation of lipids and amino acids enter the distal part of the mitochondrial respiratory chain (ETC), generating the electrochemical gradient necessary for the production of ATP. The generation of ETFDH-deficient myoblast cell lines and the first skeletal muscle-specific, conditional ETFDH KO mouse model have revealed the central role of ETFDH in the development of mitochondrial dysfunction. In this thesis, we demonstrate how the direct interaction of ETFDH with the CIII complex of the ETC is necessary for the maximum activity of the enzyme, the maintenance of the mitochondrial membrane potential, and the redox homeostasis of muscle cells. Specifically, the absence of ETFDH causes the CytB catalytic subunit of CIII to be constitutively reduced and inhibited, leading to the pathological accumulation of CoQH2 and superoxide radicals. The expression of an alternative oxygenase AOX reduces the production of reactive oxygen species (ROS), but not restore the activity of CIII, indicating that ETFDH could participate in the mechanism of action of this complex, that is, in the CoQ cycle. On the other hand, in mouse muscles, we have observed a direct interaction between ETFDH and COQ2, a CoQ biosynthesis enzyme, so that ETFDH could regulate its biosynthesis and play an essential role in the development of secondary CoQ deficiencies. This, instead of being a pathological event, would be a form of cell adaptation to reduce mitochondrial stress associated with ETFDH deficiency. In fact, reducing the amount of CoQ in murine myocytes and in fibroblasts from patients minimizes the pathological consequences of ETFDH dysfunction