Genética Funcional del Sistema de Fosforilación Oxidativa

Jose Luis Cabrera Alarcón, PhD

A lo largo de cinco años como investigador postdoctoral en el grupo GENOXPHOS, hemos unificado la información evolutiva, poblacional y estructural relacionada con los componentes de la fosforilación oxidativa (OxPhos) para permitir una mejor comprensión de la genética y la aptitud del sistema.

Pablo Hernansanz Agustín, PhD

Mi investigación se centra en el papel del Na+ en la regulación del sistema de fosforilación oxidativa (OXPHOS) relacionado con la bioenergética, el flujo de electrones y la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), así como en la relación de todos ellos con las enfermedades mitocondriales. Recientemente hemos descubierto que el Na+ establece un gradiente a través de la membrana mitocondrial interna, constituyendo hasta el 50% del potencial de membrana en las mitocondrias respiratorias acopladas. El gradiente de Na+ mitocondrial está determinado por una actividad no canónica del complejo I mitocondrial, una función antiportadora de Na+/H+. De hecho, las mutaciones en este complejo que afectan únicamente a la actividad del intercambiador de Na+ están relacionadas con enfermedades neurodegenerativas. Actualmente estamos explorando cómo se relaciona esta actividad con un amplio espectro de condiciones (pato)fisiológicas y tratando de comprender las implicaciones de la desregulación de esta actividad en la salud humana.

Marta Pérez-Hernández Durán, PhD

Tras doctorarme en la Universidad Complutense de Madrid y mi primera etapa postdoctoral en la New York University (E.E.U.U.) estudiando diferentes cardiopatías, me incorporé al grupo GENOXPHOS para estudiar el papel de Fgr, una tirosina quinasa de la familia src, en el corazón.

Estudios en nuestro laboratorio han demostrado que Fgr se activa bajo estrés celular y, en la mitocondria, fosforila el complejo II de la cadena transportadora de electrones. Esto produce un cambio en el metabolismo celular que, por último, lleva a inflamación.

Mi proyecto estudia el efecto cardioprotector de inhibir Fgr (ya sea inhibición genética o farmacológica) para reducir la inflamación cardiaca. Los resultados de este proyecto podrían ser beneficiosos para tratar enfermedades cardiacas muy variadas como el infarto, la aterosclerosis, o la displasia arritmogénica del ventrículo derecho. En este último, en una colaboración con el Prof. Delmar (New York University) hemos visto que in vitro la inhibición de Fgr es protectora.

Además, estamos estableciendo nuevas técnicas para 1) estudiar el corazón ex vivo y 2) usando microscopía de super resolución para estudiar los complejos mitocondriales.

María Concepción Jiménez Gómez, PhD

Tras doctorarme en Biología Molecular, por la UAM, comencé a trabajar en el departamento de Investigación y Desarrollo de la empresa biotecnológica Zeltia SAU. En 2010, decidí reenfocar mi trayectoria profesional y me uní al grupo Genoxphos, liderado por el Dr. Enríquez en el CNIC. Durante los últimos años, he llevado la gestión de los proyectos del grupo, así como las iniciativas de desarrollo traslacional de los descubrimientos de investigación básica. El grupo Genoxphos colabora en proyectos con líderes en la industria farmaceútica, entre ellos Astrazeneca y Minovia Therapeutics. También, atendiendo a mi formación en investigación participo en la supervisión de estudiantes que acoge el grupo, así como en la codirección de la tesis doctoral de Yolanda Martí (manuscrito en preparación).

Raquel Justo Méndez

Me gradué en biología (Universidad Autónoma de Madrid), y actualmente estoy realizando mi doctorado en Biomedicina Molecular bajo la supervisión de José Antonio Enríquez y Ana Victoria Lechuga-Vieco. En este proyecto evaluamos el impacto de la comunicación entre la mitocondria y el núcleo durante la hematopoyesis en condiciones de distinta variabilidad mitocondrial. Nuestro estudio involucra perfiles inmunológicos, metabólicos y mitocondriales, centrándose en aspectos como la producción de ROS, la organización de los complejos respiratorios y la preferencia de sustratos para obtener energía.

Mediante el uso de ratones deficientes en la actividad correctora de la ADN polimerasa mitocondrial, examinamos el impacto de las células inmunes sobre el envejecimiento y la fragilidad, enfocándonos en la importancia de los mecanismos de control de calidad y de translación mitocondriales.

Carmen Morales Vidal

Tras graduarme en Bioquímica y Ciencias Biomédicas en la Universidad de Valencia en 2020, me uní al grupo Genoxphos como estudiante de máster y, finalmente, como investigadora predoctoral a finales de 2021. Mi proyecto de tesis trata de comprender la razón detrás del superensamblaje de los complejos mitocondriales I (CI) y III (CIII), una interacción que está altamente conservada en la naturaleza, desde levaduras hasta mamíferos, y que da lugar a supercomplejos como el I+III2 y el I+III2+IV. Se han propuesto varias funciones para esta asociación, entre ellas la canalización del sustrato, ubiquinona, de un complejo al otro y la reducción de la producción de especies reactivas de oxígeno. Con tal de estudiar en mayor profundidad el papel de la interacción I+III2 en el funcionamiento de la cadena respiratoria y el metabolismo mitocondrial y celular, actualmente me encuentro generando líneas celulares en donde la interacción entre el CI y el CIII esté interrumpida. Este material de trabajo será el punto de partida para estudiar la importancia de la interacción I+III2 en los seres vivos.

Macarena de Andrés Laguillo

La enfermedad de VHL, un trastorno genético, se caracteriza por la aparición de tumores vasculares denominados hemangioblastomas, ubicados principalmente en la retina y el cerebro de los pacientes. Nuestra investigación se adentra en los mecanismos moleculares que subyacen a su desarrollo. Utilizando un modelo genético de ratón, pretendemos desentrañar cómo diferentes tipos de células, tanto endoteliales como no endoteliales, contribuyen a la formación de hemangioblastomas. Hemos descubierto que las células deficientes en VHL, con su metabolismo alterado, influyen en el comportamiento de las células vecinas. Además, estamos investigando el papel del factor 2 inducible por hipoxia (HIF2) en este proceso.

Raquel Martínez de Mena, PhD

Tras doctorarme en Ciencias en la Universidad Autónoma de Madrid y después de varios años de trabajo centrado en tejido adiposo marrón y hormonas tiroideas en el IIB Alberto Sols de Madrid, me incorporé al grupo del Dr José Antonio Enríquez como técnico especializado en cultivos celulares y técnicas bioquímicas y de Biología Molecular en el campo de la Genética Funcional del Sistema de Fosforilación oxidativa Doy soporte y participo en varios proyectos del grupo.

Modified from Sci Adv. 2020 Jul 29;6(31)

María del Mar Muñoz Hernández

Me incorporé al grupo GENOXPHOS después de terminar mi formación como técnico de laboratorio y actualmente estoy completando mi formación con el grado de Biología en la Universidad Autónoma de Madrid.

En el grupo soy responsable de varios aspectos de la investigación, centrándome, sobre todo, en los modelos animales experimentales. Estos incluyen cría y caracterización genética, además de tener una formación específica en cirugía (especialmente cardíaca) y análisis metabólicos y de comportamiento relacionados con el envejecimiento.

Eva Raquel Martínez

Como técnico de laboratorio, soy responsable de realizar experimentos, analizar muestras y realizar pruebas en un laboratorio. Mi función a menudo implica el uso de diversos instrumentos científicos y garantizar el registro preciso de datos con fines de investigación o diagnóstico.

Dichas técnicas van desde el genotipado de DNA hasta el tratamiento de muestras tisulares con fines diagnósticos.

Después de graduarme en Biología en la Universidad Autónoma de Madrid, me uní al grupo GENOXPHOS como estudiante de máster y, finalmente como investigadora predoctoral. En mi segundo año como investigadora predoctoral, estudio el papel de isoformas alternativas del complejo IV, en concreto la familia COX7A. El complejo IV (citocromo oxidasa c) es el último complejo de la cadena de transporte de electrones y está sometido a un gran nivel de regulación. La familia COX7A está conformado por diferentes isoformas: COX7A1, COX7A2 y COX7A2L o SCAF1. Las subunidades alternativas COX7A confieren al complejo IV distinta organización supramolecular, pudiendo aparecer en forma monomérica, dímeros, multímeros y superensamblado con otros complejos formando el respirasoma-Q y el respirasoma-N (Cogliati y Calvo, et al. Nature 2016).

Utilizando modelos murinos y celulares, hemos visto que las estructuras supramoleculares del complejo IV tienen funciones metabólicas y fisiológicas distintas, yendo desde la viabilidad del organismo, la maduración metabólica necesaria para la correcta fisiología tisular, hasta la plasticidad y adaptación a distintos requerimientos metabólicos.

Michaela  Veliova

Me incorporé al laboratorio GENOXPHOS en el año 2022 como investigador postdoctoral, después de terminar mi doctorado en la Universidad de California, Los Ángeles. Mi investigación se centra en la heterogeneidad intracelular de las mitocondrias de los cardiomiocitos, que se segregan en tipos mitocondriales funcionalmente distintos (o mitotipos), las mitocondrias interfibrilares (IFM) y las mitocondrias subsarcolémicas (SSM). Aunque las distinciones funcionales y la relevancia fisiológica de los mitotipos de cardiomiocitos son bien aceptadas y ampliamente investigadas, aún no está claro mediante qué mecanismo se pueden generar y mantener estas dos poblaciones mitocondriales distintivas dentro de una sola célula. Por lo tanto, mi proyecto tiene como objetivo comprender la regulación de la expresión diferencial de proteínas en los mitotipos de cardiomiocitos.

Rebeca Acín

A pesar de llevar 25 años estudiando la mitocondria y su papel en el control del metabolismo celular, todavía me sorprendo de la cantidad de elementos desconocidos donde la mitocondria no es sólo el “cerebro” si no también el “brazo ejecutor”. En esta nueva etapa en el CNIC, mi investigación se centra, entre otras cosas, en el estudio de la depleción de ATP en el contexto de fallo cardiaco. La depleción de ATP, debida a un aumento de la capacidad hidrolítica del Complejo V, es una característica común en modelos de disfunción mitocondrial. Trabajos recientes de nuestro grupo han demostrado que la inhibición de esta actividad reversa del Complejo V es beneficiosa y mejora el rendimiento de la mitocondria en un contexto patológico mitocondrial. Su extrapolación a modelos de fallo cardiaco nos permitirá desarrollar nuevas vías terapéuticas para frenar el deterioro del corazón en enfermedades cardiovasculares. 

Sara Natalia Jaroszewicz

Me gradué en Bioquímica en la Universidad Autónoma de Madrid en 2022 y me incorporé al grupo GENOXPHOS en verano de ese mismo año como estudiante de prácticas CICERONE y posteriormente como estudiante de Máster. Hace unos meses empecé la tesis doctoral con el objetivo de descifrar la organización in situ de la cadena de transporte de electrones mediante técnicas de superresolución.

Las mitocondrias son orgánulos esenciales en el metabolismo celular eucariota. En ellas ocurre la fosforilación oxidativa, un proceso mediado por enzimas llamadas complejos respiratorios (RCs), que pueden ensamblarse en estructuras macromoleculares conocidas como supercomplejos (SCs). Aunque la existencia de los SCs ha sido demostrada en muchos estudios empleando técnicas muy diversas, todavía existen dudas acerca de cómo se organizan realmente estos complejos en la membrana mitocondrial interna y cómo da un cambio en la proporción de RCs libres y de SCs podría influir en el desarrollo de enfermedades cardiacas. Para responder a estas preguntas, mi proyecto se centrará en la optimización de los métodos de superresolución STED, Expansion Microscopy y cryoET con el fin de visualizar los SCs simultáneamente in situ, determinar su posición fisiológica en subdominios de las crestas mitocondriales y compararlos cuantitativamente en un modelo murino de insuficiencia cardiaca.