Interações genéticas e metabólicas entre lactato desidrogenase, glicerol fosfato desidrogenase e oxidase alternativa

Resumo

A expressão xenotópica da oxidase alternativa mitocondrial (AOX) tem sido relacionada a reversão parcial ou total de disfunções mitocôndrias em vários modelos animais, sejam disfunções exclusivas da mitocôndria ou doenças onde a produção de ROS possa ser um fator coadjuvante. Desta forma, a AOX é cada vez mais descrita como candidata para terapias humanas. A AOX é uma enzima da membrana interna mitocondrial que pode contornar os complexos III e IV da cadeia respiratória, fornecendo um caminho adicional para a redução de oxigênio e a reoxidação da coenzima Q e permitindo a continuação do fluxo metabólico em situações em que o sistema de transferência de elétrons esteja comprometido. Sendo assim, a análise das alterações causadas pela inserção da AOX na cadeia respiratória humana é importante para a compreensão de eventos metabólicos. Em condições de estresse nutricional, realizaremos ensaios de respirometria de alta resolução usando vários tecidos larvais para demonstrar como as mitocôndrias funcionam na presença de níveis variados de AOX. Combinaremos o consumo de oxigênio mitocondrial em diferentes estados (OXPHOS, leak and uncoupled) com medidas de potencial de membrana, produção de ATP e ROS. Dados do nosso laboratório sugerem que a presença de AOX possa criar vias paralelas de transferência de elétrons nas mitocôndrias larvais. Identificar as preferências nutricionais de diversos tecidos certamente nos ajudará a interpretar e inferir os rearranjos metabólicos tecido-específicos causados pela AOX. Também associaremos a expressão de AOX com a superexpressão, depleção ou abolição de um dos parálogos que codifica mGPDH em Drosophila, GPO1. Postulamos que a superexpressão de mGPDH aumentará o desacoplamento de mGPDH-AOX e a diminuição no acúmulo de biomassa larval e viabilidade pupal induzida por AOX. Um fluxo metabólico aumentado através de mGPDH-AOX em condições de alto potencial de membrana, como sugerido, talvez force a produção larval de glicerol-3-fosfato (G3P), o substrato para mGPDH. Trabalhos anteriores demostraram que a glicerol-3-fosfato desidrogenase citosólica (cGPDH) funciona em concerto com a lactato desidrogenase (LDH), coordenando o ambiente redox celular e o crescimento da larva de Drosophila. A produção de G3P a partir de diidroxiacetona fosfato (DHAP), é catalisada por cGPDH de uma maneira dependente de NADH. O fato de termos observado fluxo metabólico alterado através de mGPDH-AOX e níveis elevados de LDH, lactato e 2-hidroxiglutarato levanta a questão de se e como a LDH está realmente contribuindo diretamente para os rearranjos metabólicos necessários para o desenvolvimento de larvas que expressam AOX. Pretendemos superexpressar, reduzir ou anular a expressão de LDH na presença de níveis variados de AOX e permitir que as larvas se desenvolvam sob estresse nutricional. Além disso, a combinação a superexpressão, knockdown e knockout de mGPDH com os genótipos LDH e AOX, nos dará uma visão ampla das interações entres estes candidatos, além de permitir a analise a nível metabólico. Estudar esse equilíbrio específico entre o metabolismo do lactato e do G3P é importante para a compreensão de como os tecidos em crescimento podem reprogramar seu metabolismo mediante da inibição de uma via específica, como a mudança para a oxidação do G3P e a sobrevivência celular que ocorre quando as células cancerígenas são tratadas com drogas inibidoras de LDH. (AU)