Desacobla't bé, fill meu, que fa fred!

Aquí tenim una especial predil·lecció per les nissagues truncades, l’estudi dels fracassos i derrotes de línies evolutives que ens cauen particularment simpàtiques. Fa poquet vam fer un minut de silenci per l’haplotip d’Ozzi i també vam plorar desconsoladament l’extinció dels mamuts. Avui, agafant el testimoni que ens va passar l’Homorgasmus aquí, discutirem la nova superteoria de l’extinció dels neanders.

Abans de res cal comentar que l’equip del Schuster (no el cordial entrenador d’aquell grup d’estrelles embalsamades, sinó l’expert en genòmica comparativa i bioinformàtica de la University of Pennsylvania) ha publicat fa un parell de setmanes el genoma del mamut llanut. És el mateix equip que no només sap pronunciar “High-throughput genomic sequencing” sense escopir, sinó que sap util·litzar la tècnica. I també són els mateixos que van seqüenciar el genoma mitocondrial de 18 mamuts a partir de l’arrel del pèl, identificant dues poblacions genètiques diferents (vam comentar tot l’assumpte aquí). Amb la mateixa tècnica i també a partir del pèl, han seqüenciat el genoma nuclear de dos mamuts, un de cada població. En realitat a l’article et comenten que el que tenen és un 80% del genoma seqüenciat; els que vivim a prop de la Plaça Lesseps sabem molt bé la diferència entre acabar una cosa al 100% o acabar-la al 80%. Quan surtin conclucions interessants de l’estudi d’aquest genoma ja les penjarem per aquí. Fi del parèntesi, anem als neanders.

La nova teoria que va plantejar Patrick Chinnery de la Universitat de Newcastle a la 58ena trobada anual de la societat americana de genètica humana ve a dir que els mitocondris són la clau de la tragèdia neandertal. En resum: una vegada estudiat el genoma mitocondrial neander, s’han adonat que conté canvis que de produir-se en nosaltres serien perjudicials però que en el cas dels neandertals els conferien resistència al fred. Quan el clima va deixar de ser fred i va posar-se a fluctuar, incloent períodes càlids, els seus mitocondris bons pel fred es van convertir en el seu principal problema.

Per entendre la plausibilitat o no d’aquesta teoria hem de meditar un moment sobre la relació entre els mitocondris i passar fred. Els mitocondris, orgànul d’origen endosimbiòtic, són famosos per ser les centrals energètiques de la cèl·lula. Glúcids i lípids acaben convertint-se en combustible pel mitocondri. Una vegada entren són engullits pel cicle de Krebbs (un premi Nobel per descobrir-lo), una voràgine de reaccions químiques suportades per una bateria d’enzims que produeix allò que s’anomena poder reductor (molècules amb protons promiscus que posen en marxa el procés següent: la cadena respiratòria). La cadena respiratòria está formada per cinc complexos situats a la membrana interna del mitocondri; les molècules amb poder reductor s’oxiden passant els protons i electrons al complexos I o II, depenent de la molècula, la qual cosa provoca dues coses: l’inici del viatge dels electrons, que es transportaran al següent complex per transportadors mòbils com la ubiquinona o el citocrom C; i l’expulsió en cada complex de protons cap a l’espai intermembrana (entre la membrana externa i interna) del mitocondri. L´últim acceptor d’aquests electrons és una molècula d’oxigen, que combinada amb protons donarà finalment dues molècules d’aigua. L’últim de tots els complexos, el complex V, és qui dóna sentit a tot plegat, recordem que de moment només hem aconseguit expulsar protons a l’espai intermembrana. Aquesta expulsió de protons ha creat un gradient de pH i electroquímic entre dins i fora. El complex V s’anomena ATP-sintasa i té la formidable capacitat d’obrir un canal per on els protons expulsats poden retornar trencant aquest gradient i alliberant energia. Aquesta energia l’aprofita l’ATP-sintasa per realitzar la fosforil·lació oxidativa i carregar una molècula d’ADP (difosfat d'adenosina) a ATP (trifosfat d'adenosina). L’ATP és la moneda de canvi enegètic de la cèl·lula, com boletes d’energia química, una mica com els midiclorianos de la Guerra de les Galàxies (la comparació entre les unitats de "Força" i els mitocondris he descobert que està a l'ordre del dia).

L’eficiència d’aquest procés ve determinada en part pel grau d’acoblament entre els complexos de la cadena respiratòria i el complex V. Diu la teoria, que la pèrdua del gradient de protons no acoblats al complex V, el que s’anomena “goteig de protons” produeix la dissipació de l’energia en forma de calor. Com més desacoblat està, menys energia s’aprofita per produir ATP i més es dissipa en forma de calor. Si hi ha protons que tornen cap a dins sense passar per l’ATP-sintasa també es produirà calor i no ATP. Ja hem arribat al punt clau! Serviria, per tant, desacoblar la cadena respiratòria per tal d’estar més calentets a l’hivern? No és un sistema una mica radical?

Desacoblar el mitocondri és un dels mecanisme, oi tant, de termogènesi. S’anomena termogènesi adaptativa, perquè funciona respecte inputs ambientals, com la rasca hivernal. A més, aquest procés permet la producció de calor quan es necessita en els animals recent nascuts, als animals que hivernen i fins i tot en alguna planta que escalfa els apèndixos florals per emetre senyals olfactives per atreure insectes. Una altra forma de generar calor és fer exercici; la termogènesi induïda per exercici, que es diu. I mireu el post de l'Anna sobre com ho porten els Inuit. De manera normal, com que les membranes no són impermeables al 100% als protons, alguns d’aquests tornen cap al mitocondri sense passar pel complex V i generant calor. És el goteig basal de protons. Però a finals dels anys 70 es van descobrir unes proteïnes anomenades UCP (uncoupling protein o termogenina) que bàsicament es dediquen a desacoblar la cadena respiratòria fent canals per on els protons passen d’estranquis i generen calor (vegeu l’esquema). En el teixit adipós marró trobem una gran quantitat de mitocondris i és el teixit que es posa en mode estufa quan fa fred. En aquest teixit es troba una gran expressió d’UCP. Quan fa fred el teixit adipós marró “desacobla” els seus mitocondris mitjançant les proteïnes UCP. Els ratolins Knock-Out per UCP1 es pelen de fred, pobrets.

Però la regulació d’aquest mecanisme ha d’anar com una seda o la producció d’energia en forma d’ATP es veu compromesa. Això ja es va advertir als anys 70 quan Rolph Luft, de l’institut Karolinska, on fa un fred que se caga la perra, va identificar una transtorn debilitant degut a aquest problema. Els òrgans i teixits més susceptibles a la caiguda d’ATP són, en ordre decreixent: el sistema nerviós central (mal asunto), el múscul cardíac (putada màxima) i esquelètic, ronyons i teixits productors d’hormones. De proteïnes UCP se n’han trobat unes quantes, però algunes d’elles encara no s’han estudiat prou com per saber-ne el seu grau de rellevància en la termoregulació. Ratolins deficients en UCP-2 o UCP-3 no són especialment sensibles al fred com els deficients en UCP-1. L’expressió de cada una d’elles és diferent en funció del teixit.

Ara ve una dada que tal qual la llegiu millor l’esborreu de la vostra ment perquè no l’he pogut validar. Quan l’Homorgasmus va treure el tema vaig mig recordar que no sé quin profe de no sé quina assignatura ens va parlar d’unes dones que fabricaven armament de no sé quina mena per no sé quina guerra mundial (està claríssim, de moment). Les dones continuament estaven inhalant un compost que s’util·litzava per fer el que sigui que fessin, que els desacoblava la cadena respiratòria. Es veu que les dones a part d’una fatiga terrible, tenien unes febres altíssimes. Fi de la dada oblidable, si algú aconsegueix dotar de versemblança històrica aquesta anècdota li ho agrairé molt.

Una vegada fotut aquest rollo sobre la relació entre els mitocondris i les estufes endògenes m’he de quedar aquí. Els senyors P. Chinnery i G. Hudson són uns cracks del mitocondri i en l’estudi de mutacions de DNA mitocondrial en transtorns i malalties humanes des de neuropaties òptiques fins a malalties musculars. Tan aviat com puguem llegir el seu article sobre els neander i sabem a quines mutacions es refereixen podrem discutir una mica millor el tema. El fet que la troballa correspongui a n=1 neander seqüenciat també ha de frenar una mica l’entusiasme. Al post de l’Homorgasmus s’hi troba biografia adicional la mar d’interessant sobre les adaptacions climàtiques i els mitocondris.

Referències:

- Sequencing the nuclear genome of the extinct woolly mammoth. Miller W, Drautz DI, Ratan A, Pusey B, Qi J, Lesk AM, Tomsho LP, Packard MD, Zhao F, Sher A, Tikhonov A, Raney B, Patterson N, Lindblad-Toh K, Lander ES, Knight JR, Irzyk GP, Fredrikson KM, Harkins TT, Sheridan S, Pringle T, Schuster SC. Nature. 2008 Nov 20;456(7220):387-90.

- [Role of novel mitochondrial proteins in energy balance] Zorzano A, Bach D, Pich S, Palacín M.
Rev Med Univ Navarra. 2004 Apr-Jun;48(2):30-5. Review. Spanish.

Dodger