Las mitocondrias son los organelos celulares que generan la energía que requiere la célula en forma de ATP. Se piensa que las mitocondrias se originaron a partir de un evento endosimbióntico, es decir, que en algún momento de la evolución bacterias de vida libre se integraron a una célula hospedera (probablemente una Arquea) dando origen a la primera célula eucarióntica. Con el tiempo, estas alfa-proteobacterias endosimbiontes dieron lugar a las mitocondrias. Las mitocondrias conservan su propio material genético y hoy día existe una gran variación en el número de genes que contiene cada genoma mitocondrial en los eucariontes. A nosotros nos ha interesado el genoma mitocondrial de una alga verde, Chlamydomonas reinhardtii, y el de un pariente cercano, el alga incolora Polytomella sp. El DNA mitocondrial de estas algas tiene características muy peculiares. En particular, muchos genes que generalmente están presentes en los genomas mitocondriales, están ausentes en estas algas, ya que migraron al núcleo. En el pasado, caracterizamos a cuatro de estos genes que migraron de la mitocondria al núcleo, los genes cox2a, cox2b, cox3 y atp6. La secuencia del genoma completo del alga Chlamydomonas corroboró que estos genes son nucleares, que contienen intrones y que contienen secuencias que codifican para presecuencias que permiten dirigir a las proteínas a la mitocondria. En este proyecto, nos interesa conocer cómo es que los productos de estos genes regresan a la mitocondria en las algas y asimismo tratar de emular la expresión de genes mitocondriales en el núcleo en otros sistemas biológicos, como la levadura. Cuando los genes se localizan en el núcleo, las proteínas correspondientes tienen que sintetizarse en el citosol celular, para después dirigirse hacia la mitocondria e internalizarse en el organelo. Nos interesa conocer cómo se lleva a cabo la internalización de dos distintas subunidades de la citocromo oxidasa, Cox2 y Cox3. El proyecto es relevante, porque a largo plazo nos permitirá conocer más acerca de cómo poder expresar otros genes mitocondriales en el núcleo, y de cómo asegurarnos si los productos proteicos correspondientes se sintetizan, se dirigen, se importan y se ensamblan correctamente en la mitocondria. En el futuro más lejano, este conocimiento permitirá implementar protocolos de terapia génica, que puedan corregir mutaciones en el DNA mitocondrial en pacientes humanos con encefalopatías mitocondriales.

Nuestro trabajo previo ha contribuido a conocer que existen genes mitocondriales que han migrado al núcleo en algunas algas clorofíceas. El presente proyecto le da continuidad a varios proyectos anteriores que fueron apoyados por el PAPIIT. Consideramos que el conocimiento que se generará es relevante por dos motivos. Por una parte, porque se conoce poco como proteínas de dos cruces transmembranales o más se internalizan en la mitocondria y se ensamblan en su complejo correspondiente. Para el caso específico de la proteína Cox3, no existe en la literatura algún ejemplo donde se haya descrito su importación al interior de la mitocondria. Por otra parte, consideramos que nuestros estudios tienen el potencial para desarrollar a largo plazo terapias génicas para intentar paliar enfermedades humanas relacionadas con mutaciones en los genes mitocondriales de los componentes de la fosforilación oxidativa. A la fecha, se han descrito cientos de mutaciones en el genoma mitocondrial humano relacionadas con enfermedades mitocondriales (Nardin and Johns, 2001). Sin embargo, no existe a la fecha una terapia génica efectiva que permita corregir dichas alteraciones. En cuanto al gen Cox2, queda claro que la disminución de la hidrofobicidad causada por la mutación W56R es clave para permitir la internalización de la proteína a la mitocondria. Deseamos con este proyecto profundizar en conocer como compite la proteína expresada alotópicamente con la propia proteína expresada en la mitocondria. Esto también resultaría relevante para para el desarrollo futuro de terapias génicas en las enfermedades mitocondriales humanas, ya que siempre la proteína alotópica (sin mutaciones) deberá competir con la proteína sintetizada en la mitocondria (con mutaciones).