Suplementação de aminoácidos e lipídios no desenvolvimento de organismos expressando a oxidase alternativa mitocondrial

Abstract

Danos ou disfunções na cadeia respiratória (CR) mitocondrial podem acarretar há uma menor síntese de ATP e alta produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), ambos culminando em uma variedade de patologias. A oxidase alternativa (AOX) é uma enzima encontrada em alguns taxa animais, capaz de fornecer uma rota alternativa para a redução do oxigênio na mitocôndria. Estudos anteriores demonstraram que o uso da AOX expressa ectopicamente auxilia na recuperação parcial ou total de fenótipos deletérios relacionados a defeitos na CR. Entretanto, em Drosophila melanogaster, linhagens transgênicas que expressam ubiquamente e em altas quantidades a AOX, quando cultivadas em um meio pobre em nutrientes, apresentam uma taxa de letalidade de 80% em sua fase pupal. A adição de açúcares simples, minerais, vitaminas e/ou extrato de leveduras não contribui para o resgate deste fenótipo. Dados do nosso laboratório indicaram um grande rearranjo no metabolismo dos aminoácidos e uma indução no ciclo da metionina, além de alterações no metabolismo de lipídios dessas moscas. Neste trabalho suplementamos a dieta com aminoácidos essenciais (metionina e triptofano), não-essenciais (prolina e glutamato), além de uma fonte de lipídio (óleo de coco) e com acetato, precursor da síntese de ácidos graxos. Não foi possível observar quaisquer resgates no fenótipo de letalidade tanto para o óleo de coco quanto para o acetato. Foi identificado uma letalidade total para drosófilas quando cultivadas em dieta padrão suplementada com óleo de coco, nos dando indícios de que não é a falta de ácidos graxos durante a fase larval que está causando o fenótipo de letalidade. Quanto à suplementação com aminoácidos essenciais, observamos um resgate parcial, porém significativo do fenótipo de letalidade. Foi identificado toxicidade para as drosófilas expressando AOX em grandes concentrações de metionina em DP, o que nos indica fortemente que moscas AOX não apenas requerem aminoácidos como a metionina, mas a concentração deste precisa ser balanceada para o desenvolvimento correto deste organismo. Controles utilizando linhagens que não expressam a AOX e dietas controles com suplementações por aminoácidos não-essenciais, como a prolina e o glutamato, foram empregados para compreender, de forma comparativa, o metabolismo da AOX, não demonstrando nenhuma alteração mensurável.

Damage or dysfunction in the mitochondrial respiratory chain (CR) can lead to decreased ATP synthesis and high production of reactive oxygen species (ROS), both culminating in a variety of pathologies. The alternative oxidase (AOX) is an enzyme found in some animal taxa, capable of providing an alternative pathway for oxygen reduction in the mitochondria. Several experiments have demonstrated that the ectopic expression of AOX assists in the partial or total recovery of deleterious phenotypes related to CR defects. However, in Drosophila melanogaster, transgenic lines that ubiquitously express AOX, when grown in a nutrient-poor environment, exhibit an 80% lethality rate in their pupal stage. The addition of simple sugars, minerals, vitamins, and/or yeast extract does not contribute to the rescue of this phenotype. Data from our laboratory indicated a significant rearrangement in amino acid metabolism and an induction in the methionine cycle, as well as alterations in the lipid metabolism of these flies. In this work, we supplemented the diet with concentrations of essential amino acids (methionine and tryptophan), non-essential amino acids (proline and glutamate), as well as a lipid source (coconut oil) and acetate, a precursor for fatty acid synthesis. No rescue of the lethality phenotype were observed for either coconut oil or acetate. Total lethality was identified for Drosophila when cultured in diet supplemented with coconut oil, giving us indications that it is not the lack of fatty acids during the larval stage that is causing the lethality phenotype. Regarding supplementation with essential amino acids in the diet, we observed a partial but significant rescue of the lethality phenotype. Toxicity was identified for AOX-expressing flies in high concentrations of methionine in the diet, strongly indicating that AOX flies not only require amino acids like methionine but also its concentration in the diet must be balanced for the correct development of this organism. Controls using lines that do not express AOX and control diets with non-essential amino acid supplementation, such as proline and glutamate, were employed for comparative understanding of AOX metabolism, showing no measurable alterations.