Alteraciones en las dinámicas de las mitocondrias provocan inflamación y atrofia muscular

IRB Barcelona

La alteración de los procesos de fragmentación y elongación de las mitocondrias genera un proceso inflamatorio en las células del músculo que deriva en el desarrollo de atrofia muscular y en una peor resistencia al ejercicio.

El trabajo del laboratorio de Enfermedades Metabólicas Complejas y Mitocondrias del IRB Barcelona se ha publicado en la revista Nature Communications.

Las mitocondrias son partes esenciales de la célula, que actúan como “centrales energéticas” de la misma. La unión de dos o más mitocondrias, así como la división de una mitocondria en dos unidades, son fenómenos habituales que se conocen como “dinámica mitocondrial” y son necesarios para el buen funcionamiento de estas estructuras, así como de la propia célula.

Investigadores del IRB Barcelona, liderados por el Dr. Antonio Zorzano, Catedrático de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona (UB) y miembro del CIBERDEM, han descrito un nuevo mecanismo de inflamación celular que está relacionado con alteraciones en las dinámicas mitocondriales y que deriva en atrofia muscular. Los investigadores han descubierto que, tanto el bloqueo de la unión de mitocondrias, como el bloqueo de la fragmentación, ponen en marcha el proceso inflamatorio, aunque lo hacen mediante distintos mecanismos.

“La inflamación crónica es uno de los procesos que condicionan nuestra salud, ya que está vinculada con un amplio abanico de enfermedades, como pueden ser, la diabetes, el Alzhéimer, el Párkinson, el cáncer o, también, el envejecimiento. Por eso es importante entenderla, para poder atajarla y prevenir los trastornos relacionados”, explica el Dr. Zorzano, jefe del laboratorio de Enfermedades Metabólicas Complejas y Mitocondrias del IRB Barcelona.

El fenómeno, cuya caracterización se muestra en el trabajo publicado en la revista Nature Communications, se ha observado en células de músculo en cultivo y también en músculos de modelos experimentales de ratón. El tipo de inflamación descrita se conoce como “inflamación estéril”, ya que no está vinculada a un proceso infeccioso.

Estos estudios abren la vía a explorar el papel de las alteraciones en la dinámica mitocondrial en el desarrollo de enfermedades humanas, en particular, las que afectan al músculo.

Los mecanismos que desencadenan la inflamación

“Uno de los hallazgos más notorios de nuestro estudio es que cuando forzamos la dinámica mitocondrial hacia cada uno de sus dos extremos (fragmentación o bien elongación mitocondrial), dichas vías inflamatorias son activadas de diferente manera. En ambos casos, eso sí, la activación de estas vías pasa por el reconocimiento de ADN mitocondrial por sensores de ADN intracelulares”, explica la Dra. Andrea Irazoki, primera autora del estudio, anteriormente estudiante de doctorado en el IRB Barcelona y actualmente investigadora postdoctoral en la Universidad de Copenhague.

El equipo de científicos también ha validado que este mecanismo tiene relevancia fisiológica, ya que los ratones con fragmentación mitocondrial en los músculos presentan inflamación y atrofia muscular, lo cual tiene un impacto negativo en su capacidad física.

Alteraciones mitocondriales y envejecimiento

El Dr. David Sebastián, quien ha coliderado el trabajo junto al Dr. Zorzano, destaca: “En este trabajo hemos descubierto un papel esencial de la dinámica mitocondrial en los procesos inflamatorios. Junto con resultados previos del grupo que muestran alteraciones en la dinámica durante el envejecimiento, estos nuevos hallazgos podrían explicar el aumento de la inflamación asociado al envejecimiento”. El Dr. Sebastián, investigador asociado en el IRB Barcelona, es ahora profesor de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación de la Universidad de Barcelona y jefe del laboratorio de Mitocondrias, Enfermedades Metabólicas y Envejecimiento.

El año pasado, el mismo laboratorio publicó publicó otro estudio  relacionado con el estudio de la función mitocondrial, en el que observaban que los problemas en la eliminación de las mitocondrias dañadas también generaban atrofia y envejecimiento muscular.

El trabajo del laboratorio del Dr. Zorzano se centra en la búsqueda de moléculas que puedan suplir la disfunción de determinadas proteínas mitocondriales, con el objetivo de reforzar su función y garantizar así el bienestar celular. Estudios cada vez más numerosos refuerzan la idea de que los errores en las mitocondrias se encuentran detrás de un gran número de enfermedades que cursan con inflamación.

Este trabajo se ha llevado a cabo en colaboración con las plataformas científicas de Microscopía Digital Avanzada, dirigida por Julien Colombelli, de Histopatología, que encabeza la Dra. Neus Prats y de Espectrometría de Masas y Proteómica, liderada por la Dra. Marta Vilaseca, las tres en el IRB Barcelona, además plataforma de microscopía electrónica y citometría de CCiTUB. En el trabajo han participado también investigadoras del laboratorio de Lykke Sylow en el Biomedicinsk Institut de la Universidad de Copenhague.

Artículo científico: Irazoki A, et al. Disruption of mitochondrial dynamics triggers muscle inflammation through interorganellar contacts and mitochondrial DNA mislocation. Nature Communications. 2022 DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-35732-1

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