Proteômica mitocondrial de Drosophila melanogaster expressando a oxidase alternativa sob diferentes condições dietéticas - Chioda, Marina Minari [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
O processo de fosforilação oxidativa mitocondrial ocorre pela ação coordenada de cinco complexos multienzimáticos que formam a cadeia respiratória mitocondrial. Disfunções nesses complexos podem levar à deficiência na produção de ATP, além de uma formação excessiva de espécies reativas de oxigênio, fatores que se relacionam a uma grande quantidade de doenças. A oxidase alternativa mitocondrial (AOX) fornece uma via alternativa ao transporte de elétrons na cadeia respiratória, pois possui a função de química redox semelhante aos complexos III e IV. Quando expressa e testada em mitocôndrias de Drosophila melanogaster, camundongos e células humanas em cultura, que naturalmente não possuem esta enzima, houve diminuição dos efeitos deletérios resultantes de disfunções mitocondriais, indicando o seu potencial uso terapêutico. Entretanto, AOX não bombeia prótons para o espaço intermembranas, e sua expressão portanto pode reduzir o potencial de membrana e estar associada a um déficit bioenergético. Isso sugere a necessidade de dietas ricas em nutrientes para que a produção de ATP fora da mitocôndria seja significativa e suficiente para o desenvolvimento correto de organismos-modelo expressando a AOX. Para testar tal hipótese, ensaios de desenvolvimento usando drosófilas expressando AOX foram realizados com dieta rica e restrita em nutrientes e verificou-se que em condição de restrição nutricional, as moscas apresentaram queda de cerca de 80% na taxa de emergência dos adultos. Para compreender os mecanismos moleculares envolvidos no fenótipo observado, investigamos o proteoma mitocondrial de pupas no estágio de pré-letalidade. Os dados obtidos de linhagens cultivadas em dieta rica em nutrientes mostram que enzimas relacionadas ao ciclo de Krebs e à oxidação de lipídeos estão superexpressas. Em combinação com a quantificação relativa do DNA mitocondrial, sugerimos que larvas expressando AOX possuem mais massa mitocondrial. Este mesmo padrão parece ser observado para moscas cultivadas em dieta restrita, indicando que AOX pode levar a um consumo mais proeminente, entretanto menos eficiente em termos bioenergéticos, dos estoques de lipídeos obtidos na fase de larva. Estes estoques podem ser insuficientes para a conclusão da metamorfose quando moscas AOX são submetidas a uma dieta restrita.

The mitochondrial oxidative phosphorylation process occurs via the coordinated action of five multienzymatic complexes that constitute the mitochondrial respiratory chain. Dysfunction in these complexes can lead to deficiency in ATP production, in addition to excessive formation of reactive oxygen species, which are related to a large number of diseases. The alternative oxidase (AOX) provides an alternative pathway to electron transfer in the respiratory chain, since it possesses chemical redox function similar to that of complexes III and IV. When AOX was expressed and tested in mitochondria of Drosophila melanogaster, mice and human cells in culture, which naturally do not express this enzyme, there was a decrease in the deleterious effects resulting from mitochondrial dysfunction, indicating its potential therapeutic use. However, AOX does not pump protons into the intermembrane space, and thus may be associated with a decreased membrane potential and ATP production, suggesting the need for nutrient-rich diets for complete development of AOX-expressing model organisms. We conducted developmental assays using nutrient-rich and -restricted diets and we have verified that in the nutritional restriction condition AOX caused an 80% drop in eclosion rate. To understand the molecular mechanisms involved in the observed phenotype, we investigated the pupal mitochondrial proteome in the pre-lethality stage. Data obtained from lines cultivated in a nutrient-rich diet showed that the Krebs cycle and lipid catabolism enzymes are overexpressed. The same pattern was observed for diet-restricted flies, indicating that AOX may lead to a more prominent, but less efficient bioenergetically, consumption of lipid storage obtained in the larval phase. This storage may be insufficient for completing metamorphosis when the flies are cultured in restricted diet.
Mitochondrial proteomics of Drosophila melanogaster expressing the alternative oxidase under different dietary conditions
Keywords: Mitocôndria; Oxidase Alternativa; Drosophila melanogaster; Proteômica; Fosforilação oxidativa; Mitochondria; Alternative oxidase; Proteomics; Oxidative phosphorylation