sábado, 26 de septiembre de 2015

Las importancia de las mitocondrias en la salud

Las mitocondrias son no sólo las plantas de energía de nuestras células; estas diminutas estructuras también juegan un papel central en nuestra fisiología. Además los seres humanos, al permitir que las respuestas fisiológicas flexibles a nuevos entornos, las mitocondrias han ayudado y otros mamíferos que se adaptan y evolucionan a lo largo de la historia de la vida en la tierra.
Un científico pionero en biología mitocondrial, Douglas C. Wallace, Ph.D., sintetiza la evidencia de la importancia de las mitocondrias en un artículo de perspectiva provocativa en la revista Cell.
Residiendo en gran número fuera del núcleo de cada célula, las mitocondrias contienen su propio ADN, con características únicas que "pueda requerir un control de algunos de nuestros supuestos básicos sobre genética humana y la teoría evolutiva", concluye Wallace, director del Centro para el mitocondrial y Medicina epigenómico en el Hospital de Niños de Filadelfia.
Wallace ha investigado las mitocondrias durante más de 40 años. En 1988, fue el primero en demostrar que las mutaciones en el ADN mitocondrial (ADNmt) pueden causar enfermedad hereditaria humana. Su cuerpo de investigación se ha centrado en cómo las mutaciones de ADNmt contribuyen a enfermedades tanto raras y comunes mediante la interrupción de la bioenergética - reacciones químicas que generan energía a nivel celular.
Wallace y sus colegas mostraron previamente a finales de 1970 que el ADN mitocondrial humano se hereda exclusivamente a través de la madre. A continuación, utiliza este conocimiento para reconstruir las antiguas migraciones de las mujeres mediante la comparación de la variación de ADNmt entre las poblaciones de todo el mundo. A partir de estos estudios, los científicos han llegado a la conclusión de que los humanos surgieron en África hace unos 200.000 años y que sólo dos linajes de ADN mitocondrial dejaron éxito África hace unos 65.000 años para colonizar el resto del mundo.
Sobre la base de conocimientos de estos estudios de migración humana, Wallace ocupa una pregunta científica de larga data planteado por la evolución darwiniana - tanto en los seres humanos y otras especies. Como subpoblaciones se trasladaron a zonas aisladas, ¿cómo permanecen aislados durante un tiempo suficientemente largo para las nuevas especies que definen rasgos procedentes de genes nucleares y enriquecido por la selección natural para permitir la especiación?
La gran mayoría de nuestros 20.000 o menos genes existen en el ADN dentro del núcleo de cada célula, a diferencia de los 13 genes codificadores de proteínas dentro de ADNmt. Sin embargo, Wallace argumenta que las mutaciones de ADNmt proporcionan adaptaciones más rápidas y flexibles a los cambios del entorno que hacer mutaciones del ADN nuclear. El ADNmt tiene una tasa de mutación mucho más alto que el ADN nuclear, que por sí misma podría poner en peligro la supervivencia de las especies, porque la mayoría de las mutaciones del ADN son perjudiciales. Sin embargo, las mutaciones de ADNmt alteran la fisiología a nivel de una sola célula. Por lo tanto, las células en el ovario de la madre que albergan las mutaciones de ADNmt más deletéreos pueden ser eliminados por la selección natural antes de la fertilización. Por lo tanto sólo variantes de ADNmt leves, un subconjunto de los cuales pueden ser potencialmente beneficiosa, se introducen en la población.
La alta tasa de mutación en el ADNmt además de la selección de ovario por lo tanto proporcionan una poderosa herramienta para los seres humanos (y animales) para adaptarse a un cambio ambiental, sin poner en peligro la supervivencia global de la población. El ADN mitocondrial también intercambia señales con el ADN nuclear, y la interacción ayuda a impulsar la evolución de los procesos fisiológicos en el tiempo. Las poblaciones que se expanden en un espacio ambiental marginal, Wallace argumenta, adaptan su fisiología a través de mutaciones del ADNmt para explotar mejor las fuentes limitadas de alimentos y otros recursos en ese entorno. Esto permite que la prolongada ocupación del medio ambiente marginal, dando tiempo suficiente para que las mutaciones del ADN nuclear para generar estructuras anatómicas adecuadas para explotar más abundantes recursos alimenticios en el nuevo entorno.
Para apoyar esta hipótesis, Wallace propone que la variación mitocondrias puede dar lugar a compensaciones energéticas cruciales. A nivel celular, las mitocondrias convierten oxígeno y nutrientes a la ATP química rica en energía, al mismo tiempo que la producción de calor. En los climas tropicales, este proceso de acoplamiento es máximamente eficaz, lo que permite una producción más eficiente de ATP con la producción mínima de calor. En el Ártico, la conversión de los alimentos a ATP es menos eficiente, requiriendo más calorías para ser consumidos para la misma cantidad de ATP, y esto genera más calor. Así que diferentes patrones de variación ADNmt es probable beneficioso en caliente frente a los climas fríos. Del mismo modo, ciertas variantes ADNmt se enriquecen en poblaciones tibetanas, lo que sugiere que la variación del ADNmt puede permitir la adaptación a la baja tensión de oxígeno a gran altura.
Wallace también cita varios estudios que muestran que la variación de ADNmt regional se correlaciona con predilección a una amplia variedad de enfermedades metabólicas y degenerativas, incluyendo la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, la diabetes, la obesidad, y enfermedad cardiovascular.
Los biólogos han sabido por mucho tiempo que las adaptaciones que confieren una ventaja en un entorno pueden llegar a ser menos beneficioso en otro ambiente. Wallace sugiere un importante contribuyente a este fenómeno podría ser la adaptación fisiológica de variación ADNmt. Él postula que a medida que las poblaciones migran y los hábitos alimentarios se vuelven más globalizado, las personas con ADNmt optimizados para un solo entorno, donde comen una dieta del África subsahariana, pueden no estar bien adaptado a otro entorno, en los que pueden consumir una dieta de Europa Central. "Debido a que las mitocondrias tienen un papel tan crucial en nuestra fisiología, cambios en el ADN mitocondrial pueden tener profundos efectos en la biología humana", añade.
La Fundación Simón y los Institutos Nacionales de Salud (subvenciones NS021328 y CA182384) apoyaron este estudio. Además de su posición de CHOP, Wallace está en la facultad de la Escuela de Medicina de Perelman en la Universidad de Pennsylvania.

Historia de Fuente:
El mensaje anterior se reproduce a partir de los materiales proporcionados por el Hospital de Niños de Filadelfia. Nota: Los materiales se puede editar el contenido y duración.