Relación entre el complejo i mitocondrial y la tolerancia generada por la nitroglicerinaterapia con antioxidantes mitocondriales

Resumen

La nitroglicerina (GTN: gliceril-trinitrato) es un fármaco de amplio uso en la clínica por su acción vasodilatadora utilizada en enfermedades cardiovasculares. Fue en 1987 cuando Feelisch y Noak determinaron que tenía una posible biotrasformación en óxido nítrico (NO) y/o derivados nitrogenados, de ahí su acción vasodilatadora. Esta idea fue apoyada en los años 70 por Ferid Murad que determinó una liberación enzimática de NO tras la biotransformación de los nitrovasodilatadores (NVD) y como consecuencia una activación de la sGC (guanilato-ciclasa soluble) que genera un aumento de cGMP y conlleva a una ruta de señalización que converge en esa vasorrelajación. Esta idea surgió paralelamente al descubrimiento del NO (también por Moncada S. et at. 1987) y a partir de los estudios de Shultz, que demostró que los NVD ejercen su acción vasodilatadora a través de sGC. Así, pues, se propondría la GTN como donador exógeno de NO y como modulador de acciones del NO endógeno y por tanto se la relacionó en los contextos cardiovasculares y no cardiovasculares en los que el NO estaba siendo relacionado. Esta hipótesis GTN/NO (Feelish M. et al. 1987; Marks GS. et al. 1992; Chung SJ. 1993), fue avalada por numerosos estudios tanto in vivo como in vitro, que analizaban los efectos de GTN a elevadas dosis, las que excedían el rango terapéutico, utilizadas en situaciones clínicas y a dosis inferiores, la GTN activaba la ruta que hemos mencionado independientemente de la conversión a NO. Para discernir este hecho se han utilizado diferentes técnicas con la finalidad de medir el posible NO liberado, como la resonancia electrónica paramagnética (ERP: electrón paramagnetic resonance), microscopía confocal, electrodo de NO (Münzel T. et al. 2003, Núñez C. et al. 2005, Esplugues JV. et al. 2006), sin poder detectarlo, sugiriendo que no hay NO liberado tras la biotransformación de GTN y que posiblemente otros metabolitos están provocando la relajación. En 2002, el laboratorio del Dr. Stamler identificó la enzima responsable de metabolizar la GTN, la aldehído deshidrogenasa mitocondrial (mtALDH o ALDH2). Dicha enzima, pertenece a la familia de ALDH's (Aldehído deshidrogenasas), enzimas que constituyen junto con la ADH's (alcohol deshidrogenasas) la segunda ruta en el metabolismo detoxificante del alcohol. Existen distintas isoformas: citosólica o ALDH1, mitocondrial (mtALDH) o ALDH2 (ambas forman tetrámeros) y además existen otras isoformas menos conocidas. La mtALDH es un homotretrámero y cada subunidad está formada por tres dominios iguales: dominio catalítico, dominio de unión del coenzima NAD+ y el dominio de oligomerización. La enzima presenta tres diferentes actividades que utilizan el mismo centro activo (Isla-Mackenzie S. et al. 2006), una actividad deshidrogenasa, que convierte aldehídos en su correspondiente ácido carboxílico, con la utilización del cofactor NAD+ que se convierte en NADH; una actividad esterasa, donde un éster es convertido a ácido carboxílico, sin la utilización de ningún cofactor y una actividad reductasa que es la que permitirá la metabolización de la GTN en sus derivados glicerín-dinitratos (1.2GDN, 1.3GDN), siendo dicha reacción acelerada en presencia de NAD+. Innumerable sería la lista de efectos beneficiosos que posee la GTN pero el uso de la misma está sujeto a control y vigilancia por la tolerancia asociada a este tratamiento. Un fenómeno multifactorial que hoy por hoy se conoce más detenidamente pero que sigue levantando discrepancias porque, en definitiva, conlleva una disminución de la eficacia de la terapia con GTN y otros NVD. Este complejo mecanismo incluye una regulación neurohormonal conocida como pseudo-tolerancia asociada, así como, una serie de procesos vasculares intrínsecos, definidos como tolerancia vascular lo que da lugar a una disfunción endotelial. La insensibilización a la respuesta vasodilatadora de muchos donadores exógenos de NO o del NO endógeno, por causa del tratamiento, generando el fenómeno de "Cross-tolerance", también asociado a esta disfunción y más concretamente el mecanismo molecular de la tolerancia se sitúa a nivel mitocondrial generando lo que se conoce una disfunción mitocondrial que es el principio de toda la cascada de eventos que anteriormente hemos comentado (Münzel T. et al. 2005, Esplugues JV. et al. 2006). Realmente la disfunción mitocondrial está sujeta a la hipótesis de la liberación de radicales libres, causado por la anormal biotransformación de la GTN. Fue en 1995 cuando el Dr. Münzel hipotetizó que la aparición de la tolerancia estaba asociada a un aumento del ión superóxido. Esta hipótesis fue mantenida por numerosos estudios en los que utilizaron antioxidantes para aliviar la situación. Fue posteriormente con la identificación de la enzima mtALDH en el laboratorio del Dr. Stamler cuando se la relacionó con el fenómeno de la tolerancia. Una anormal biotransformación de GTN se debe a un mal funcionamiento de la mtALDH, concretamente de la actividad reductasa, lo que conlleva mayor aumento de especies reactivas de oxígeno, o radicales libres de oxigeno (ROS: reactive oxygen species) generando la disfunción. Aunque en los últimos años se ha avanzado mucho sobre el conocimiento de las acciones de la GTN, aun se desconoce mucho sobre su mecanismo de acción y efectos perjudiciales, como por ejemplo la inhibición de la mtALDH y la implicación de los ROS, así como su relación con los complejos de la cadena mitocondrial, tanto el Complejo I como el Complejo III. Nosotros sugerimos al Complejo I como pieza clave en esta cascada multifactorial de eventos. El Complejo I es la primera enzima de la cadena de transporte electrónico (ETC: electron transport chain) que transfiere los electrones del NADH a la quinona. Por numerosos estudios se propone el Complejo I como fuente generadora de ROS (Sazanov LA. 2007), siendo dentro de los complejos, el más susceptible de ser oxidado y además, se relaciona a dicho Complejo I con muchas deshidrogenasas conocidas manteniendo una compartimentación de cofactores con ellas (Quintanilla ME. et al. 2005), sugiriendo la posibilidad de que esté implicado en la regulación de la mtALDH. Puesto que estamos considerando un escenario en el que los ROS tienen un importante papel tras el tratamiento con GTN, el uso de antioxidantes frente al fenómeno de tolerancia permitiría mejorar la situación y más concretamente, si el fenómeno se origina a nivel mitocondrial, el uso de antioxidantes específicos, mitocondriales, como el MitoQ (mitoquinona), podría ampliar el conocimiento del mecanismo molecular de la tolerancia generada por la GTN. Siguiendo la línea de investigación planteada en nuestro laboratorio y adoptando la postura detractora del paradigma GTN/NO, en la que observamos una activación de la ruta de la guanilato ciclasa soluble (sGC: soluble guanylate cyclase), pero no una liberación de NO tras el tratamiento con GTN (Núñez C. et al. 2005), hemos querido estudiar el mecanismo molecular de la tolerancia a la GTN y su interacción con la mitocondria, así como el uso de antioxidantes mitocondriales como alternativa a los efectos perjudiciales de la GTN en el uso clínico de la misma. Una vez revisada la bibliografía, queremos reafirmar que en nuestro modelo de tolerancia planteado, la enzima que metaboliza la GTN, es la mtALDH, enzima cuya actividad se ve comprometida, en estrecha vinculación de la misma con la mitocondria y especialmente con el Complejo I. Por ello, la presente tesis quiere estudiar la relación entre el Complejo I mitocondrial y la mtALDH en un modelo de tolerancia y evaluar el papel del antioxidante mitocondrial MitoQ en el control y la prevención de la tolerancia a GTN. Queremos comprobar que de estos efectos moleculares, la disfunción mitocondrial, puede ser un hecho aplicable no sólo a células endoteliales y/o musculares (donde previamente se han descrito estos fenómenos) si no, a otros tipos celulares (en los que ya autores han tomado como modelo de tolerancia), que pueden comportarse de igual modo ante situaciones de la misma calidad y por tanto de ahí que haya sido relacionada la GTN en contextos cardiovasculares y no cardiovasculares implicando en la mayoría de los casos una liberación de ROS. Intentamos demostrar si el tratamiento con GTN, además de generar una tolerancia, afecta la expresión de genes, que explicaría los efectos de este tratamiento y como, la administración de antioxidantes mitocondriales podría tener un efecto reparador. Los antioxidantes y más concretamente, los específicos por la zona donde se genera el daño molecular, los antioxidantes mitocondriales, podrían administrarse para prevenir los efectos de la tolerancia y lo que comportaría la misma, por ello, es importante en nuestro estudio el papel que tiene la GTN en la expresión de genes en un modelo de tolerancia y el papel de los antioxidantes mitocondriales. Si la situación de tolerancia se localiza en la mitocondria, produciendo la disfunción mitocondrial, es posible que con el tiempo la mitocondria no pueda seguir recuperando la situación y en consecuencia se puede desencadenar la apoptosis, por ello, también consideramos este posible estado celular tras el tratamiento crónico con GTN y, de nuevo, cómo los antioxidantes mejorarían y prevendrían este daño celular.