Mitochondrial proteomic profile of complex IV deficiency fibroblasts: rearrangement of oxidative phosphorylation complex/supercomplex and other metabolic pathways / Perfil proteómico mitocondrial de los fibroblastos con deficiencia del complejo IV: reordenamiento del complejo/supercomplejo de la fosforilación oxidativa y otras vías metabólicas

Abstract: Background: Mitochondriopathies are multisystem diseases affecting the oxidative phosphorylation (OXPHOS) system. Skin fibroblasts are a good model for the study of these diseases. Fibroblasts with a complex IV mitochondriopathy were used to determine the molecular mechanism and the main affected functions in this disease. Methods: Skin fibroblast were grown to assure disease phenotype. Mitochondria were isolated from these cells and their proteome extracted for protein identification. Identified proteins were validated with the MitoMiner database. Results: Disease phenotype was corroborated on skin fibroblasts, which presented a complex IV defect. The mitochondrial proteome of these cells showed that the most affected proteins belonged to the OXPHOS system, mainly to the complexes that form supercomplexes or respirosomes (I, III, IV, and V). Defects in complex IV seemed to be due to assembly issues, which might prevent supercomplexes formation and efficient substrate channeling. It was also found that this mitochondriopathy affects other processes that are related to DNA genetic information flow (replication, transcription, and translation) as well as beta oxidation and tricarboxylic acid cycle. Conclusions: These data, as a whole, could be used for the better stratification of these diseases, as well as to optimize management and treatment options.

Resumen: Introducción: Las mitocondriopatías son enfermedades multisistémicas que afectan el funcionamiento de la fosforilación oxidativa (OXPHOS). Un buen modelo de estudio para estas enfermedades es el cultivo primario de fibroblastos. En este trabajo se utilizaron fibroblastos con mitocondriopatía del complejo IV para determinar cuáles son las principales funciones afectadas en esta enfermedad. Métodos: Se realizaron cultivos primarios de fibroblastos para corroborar el fenotipo de la enfermedad. Las mitocondrias se aislaron de estas células y se extrajo su proteoma para su identificación. Las proteínas identificadas se validaron con la base de datos de MitoMiner. Resultados: Los fibroblastos conservaron el fenotipo de la enfermedad que incluye un defecto del complejo IV. El proteoma mitocondrial de estas células mostró que las proteínas más afectadas pertenecen al sistema de OXPHOS, principalmente los complejos que forman supercomplejos o respirosomas (I, III, IV y V). El defecto en el complejo IV al parecer se debió a problemas de ensamblaje que pueden evitar la formación de los supercomplejos y la eficiente canalización de sustratos. También se observó que esta mitocondriopatía afecta otros procesos relacionados con el flujo de información genética del DNA (replicación, transcripción y traducción), así como con la beta oxidación y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (TCA). Conclusiones: En conjunto, estos datos podrían utilizarse para una mejor clasificación de estas enfermedades, así como para la optimización de las opciones de manejo y tratamiento.

Efecto del aceite esencial de Eucalyptus citriodora sobre el metabolismo energético mitocondrial / Essential oil Eucalyptus citriodora effect on mitochondrial energy metabolism / Efeito do óleo essencial de Eucalyptus citriodora sobre o metabolismo energético mitocondrial

Con el fin de contribuir al conocimiento de su actividad a nivel celular, se evaluó el mecanismo de acción del aceite esencial de Eucalyptus citriodora (Fam. Myrtaceae) sobre la bioenergética mitocondrial, su efecto sobre la velocidad de consumo de oxígeno de mitocondrias energizadas (estados 3 y 4) y su coeficiente de control respiratorio (CCR). Además, se analizó la actividad de los complejos de la cadena respiratoria usando técnicas espectrofotométricas. Los resultados obtenidos indican que el aceite esencial de E. citriodora aumenta la velocidad del consumo de oxígeno en los estados 3 y 4, disminuye el CCR, desacopla la fosforilación oxidativa, aumenta la actividad de la citocromo c oxidasa y aumenta la actividad ATPasa en mitocondrias íntegras, a partir de la concentración de 10 µg/mL. Estos resultados sugieren que el aceite esencial o sus metabolitos afectan el funcionamiento normal del transporte de electrones de la cadena respiratoria y la síntesis de ATP.

In order to contribute to the knowledge of its activity at the cellular level, the mechanism of action of the essential oil of Eucalyptus citriodora (Fam. Myrtaceae) on mitochondrial bioenergetics, the rate of oxygen consumption of energized mitochondria (states was assessed 3 and 4), and respiratory control ratio (CCR) were evaluated. The activity of the respiratory chain complexes was analyzed using spectrophotometric techniques. The results indicate that the essential oil of E. citriodora increases the rate of oxygen consumption in states 3 and 4, reduces the CCR, uncouples oxidative phosphorylation, increases the activity of cytochrome c oxidase, and increases the ATPase activity in mitochondria intact at concentrations ≥ 10 mg/mL. These results suggest that the essential oil or its metabolites affect the normal operation of the electron transport in the respiratory chain and ATP synthesis.

Com o fim de contribuir ao conhecimento da sua atividade a nível celular, foi avaliado o mecanismo de ação do óleo essencial de Eucalyptus citriodora (Fam. Myrtaceae) sobre a bioenergética mitocondrial, o efeito sobre a taxa de consumo de oxigênio de mitocôndrias energizadas (estados 3 e 4) e o coeficiente de controle respiratório (CCR). Usando técnicas espectrofotométricas, foi analisada a atividade dos complexos da cadeia respiratória. Os resultados obtidos indicam que o óleo essencial de E. citriodora aumenta a velocidade do consumo de oxigênio nos estados 3 e 4, reduz o CCR, desacopla a fosforilação oxidativa, aumenta a atividade da citocromo c oxidase e aumenta a atividade ATPase em mitocôndrias intatas, a partir da concentração de 10 µg / mL. Estes resultados sugerem que o óleo essencial ou seus metabolitos afetam o funcionamento normal do transporte de elétrons na cadeia respiratória e na síntese de ATP.

Consideraciones sobre el daño miocárdico por isquemia y reperfusión / Considerations on the myocardial damage due to ischemia and reperfusion

En este artículo, se hacen algunas consideraciones en torno al daño miocárdico debido a déficit de aporte sanguíneo. En realidad, la alteración primordial del síndrome no consiste en la isquemia en sentido electrofisiopatológico, que es un trastorno de la repolarización celular debido a diferentes causas. Dicha alteración constituye más propiamente una despolarización diastólica parcial o lesión, i. e. una reducción moderada del potencial de reposo transmembrana. Caracteriza ésta la fase aguda del síndrome de infarto miocárdico y es responsable de las manifestaciones eléctricas, que aparecen en tal fase: desórdenes del ritmo y de la conducción, así como reducción de la contractilidad de las fibras miocárdicas afectadas. Estos fenómenos se deben a una falla de los mecanismos energéticos del miocardio por alteraciones mitocondriales de los miocitos: reducción temprana de los nucleótidos de nicotinamida adenina, acumulación de calcio ("calcium overload") en las mitocondrias y caída de la fosforilación oxidativa. Tales hechos pueden volver a presentarse, con mayor intensidad, en una fase posterior del síndrome de infarto por reperfusión miocárdica. Su gravedad está relacionada con la duración del período inicial de déficit de aporte sanguíneo al miocardio. Se les pueden agregar las consecuencias de un estrés oxidativo, responsable de la formación de especies reactivas derivadas del oxígeno. Dicho estrés causa daño también en el DNA mitocondrial produciendo mutaciones e inserción y pérdida de secuencias por oxidación de las bases nitrogenadas. Tanto en la fase de isquemia inicial como en la de reperfusión, puede ser muy útil la llamada terapéutica metabólica, p. ej. en su modalidad de las soluciones glucosa-insulina-potasio (G-I-K), que actuarían como acarreadoras de radicales libres derivados del oxígeno. Asimismo los llamados fármacos metabólicos, p. ej. la trimetazidina, los antioxidantes, etc., pueden ser útiles en la fase de reperfusión miocárdica.

In this article, we present some considerations on the myocardial damage due to a deficit of oxygen supply. In fact, this damage properly constitutes a partial diastolic depolarization or injury, i. e., a moderate reduction of the rest transmembrane potential. This phenomenon is characteristic of the acute phase of the myocardial infarction syndrome and is responsible for the main electrical manifestations appearing in this phase: disorders of rhythm and conduction, as well as a reduced contractility of the involved myocardial fibers. All the mentioned phenomena are due to a defect of the myocardial energetic mechanisms, owing to the mitochondrial alterations in myocytes: early reduction of the nicotinamide adenine nucleotides, accumulation of calcium ("calcium overload") into mitochondria, and a drop in oxidative phosphorylation. These changes can present again, more exaggerated, in a following phase of evolution of the myocardial infarction due to myocardial reperfusion. Its severity is related to the duration of the initial ischemia period. Moreover, consequences of the oxidative stress can add producing cellular damage by liberation of reactive oxygen species. Oxidant stress causes also alterations in the mitochondrial DNA, i. e., mutations due to oxidation of nitrogenous bases. During the initial ischemia phase, as well as during reperfusion, metabolic therapy can be very useful as, for example, glucose-insulin-potassium solutions (G-I-K). These could act as scavengers of the free radicals derived from oxygen and avoid or reduce the myocardial damage due to reperfused myocytes. Metabolic drugs, as for example tri-metazidine, antioxidants, etc, can also be used in the myocardial reperfusion phase. (Arch Cardiol Mex 2003; 73:284-290).