Respuestas celulares y moleculares a la hipoxia

La investigación del grupo se centra en dos líneas principales:

1.- Señalización en hipoxia por especies reactivas de oxígeno y nitrógeno

Las nuevas técnicas de proteómica redox de grupos tioles (ver abajo) nos han permitido la identificación de varias proteínas que están oxidadas de forma diferencial en la respuesta aguda de células endoteliales sometidas a hipoxia. También se ha observado la existencia de un acusado incremento en la S-nitrosilación y nitración de proteínas, que apunta a un incremento de especies reactivas de nitrógeno (RNS). Se han desarrollado nuevos métodos para medir con precisión la producción de superóxido en hipoxia. Esto nos ha permitido medir esta producción en tiempos precisos de hipoxia aguda, y ha mostrado que diferentes tipos celulares producen un “estallido” de superóxido en hypoxia aguda, que puede ser una señal de adaptación celular a través de respuestas agudas además de la activación de la ruta HIF.

Actualmente el grupo investiga los mecanismos que conducen a esta producción aguda de superóxido. Así, la hipoxia activa el intercambio de Na+/Ca2+ entre la mitocondria y el citoplasma, y la inhibición o el silenciamiento del intercambiador mitocondrial (NCLX) inhibe el “estallido” de superóxido y la activación de la ruta HIF en células y tejido cerebrales. Al realizar una búsqueda más profunda de mecanismos que conectasen la hipoxia aguda con la activación de NCLX, se ha encontrado que el complejo mitocondrial I está implicado en la activación de NCLX y la producción de superóxido, en consonancia con el papel como sensor agudo de oxígeno que se ha atribuido a este complejo. Resultados preliminares adicionales muestran que la inhibición de NCLX podría inhibir también la producción de ROS en reperfusión. Se ha patentado el uso de inhibidores de NCLX como nuevas herramientas para inhibir la producción de ROS y la ruta HIF, lo que podría resultar útil en el tratamiento de enfermedades en las que están presentes estos dos factores.

Rutas de futuro en esta línea:

  • Estudio de mecanismos de producción de ROS y de señalización en hipoxia aguda, y el papel de las mitocondrias como sensores de oxígeno.
  • Mecanismos de producción de NO e identificación de proteínas S-nitrosiladas en hipoxia aguda.
  • Mecanismos de producción de NO en reperfusion, y papel de los complejos OXPHOS y NCLX.
  • Aplicación de la inhibición de NCLX al tratamiento de enfermedades: enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer y Parkinson – ambas actualmente en estudio en modelos animales en colaboración con el grupo Manuela García López); lesión por isquemia/reperfusión (ictus, infarto de miocardio).

2.- Modificaciones post-traduccionales oxidativas y proteómica redox.

Se ha analizado el papel funcional de la S-nitrosilación en varias proteínas a través de distintas colaboraciones. Hemos contribuido a generar nuevas hipótesis en el campo de la señalización por NO y revisado el papel de esta modificación en el sistema inmune y en la plasticidad neuronal. Hemos desarrollado métodos para la detección de modificaciones post-traduccionales oxidativas de cisteína (proteómicas redox de grupos tiol), mediante el marcaje fluorecente y 2DE, que hemos aplicado al estudio de la señalización en hipoxia (descrito arriba), pancreatitis aguda, y neurogénesis. En colaboración con el grupo de Jesús Vázquez (actualmente en el CNIC) hemos desarrollado un método de proteómica redox de grupos tioles basada en LC-MS/MS de alto rendimiento. Actualmente estamos desarrollando la aplicación de este método a muestras clínicas, empezando con el estudio del proteoma redox de grupos tioles de válvulas cardiacas, comparando muestras de dos enfermedades que dan lugar a recambio de válvulas y válvulas normofuncionales de donantes de corazón.

Miembros del equipo

area1-Linea-2_G7_Dr-MartinezJefe de grupo:

Antonio Martínez Ruiz

Hospital Universitario La Princesa

  Resto del equipo. Hospital Universitario La Princesa:

  • Juan Daniel Cabrera García
  • Pablo Hernansanz Agustín
  • Tamara Oliva Taravilla

Martínez Ruiz, Antonio. Implicaciones de la hipoxia y las especies reactivas de oxígeno en las enfermedades neurodegenerativas. Fundación Domingo Martínez. 2014-2015.

Martínez Ruiz, Antonio. Modificaciones postraduccionales oxidativas en fisiopatología molecular. PI12/00875. ISCIII. 2013-2015.

Martínez Ruiz, Antonio. Señalización en hipoxia por especies reactivas de oxígeno, y proteómica redox: de los mecanismos moleculares a las aplicaciones clínicas. PI15/00107. ISCIII. 2016-2018.

Hernansanz-Agustín P, Izquierdo-Álvarez A, Sánchez-Gómez FJ, Ramos E, Villa-Piña T, Lamas S, Bogdanova A, Martínez-Ruiz A. Acute hypoxia produces a superoxide burst in cells. Free Radic Biol Med 2014. 71: 146-156. FI: 5,736(Q1). PMID: 24637263. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.03.011.

Hernansanz-Agustín P, Izquierdo-Álvarez A, García-Ortiz A, Ibiza S, Serrador JM, Martínez-Ruiz A. Nitrosothiols in the Immune System: Signaling and Protection. Antioxid. Redox Signal. 2013. 18: 288-308. FI: 7,667(Q1). PMID: 22746191. DOI: 10.1089/ars.2012.4765.

Martínez-Ruiz A, Araújo IM, Izquierdo-Álvarez A, Hernansanz-Agustín P, Lamas S, Serrador JM. Specificity in S-Nitrosylation: A Short-Range Mechanism for NO Signaling?. Antioxid. Redox Signal. 2013. 19: 1220-1235. FI: 7,667(Q1). PMID: 23157283. DOI: 10.1089/ars.2012.5066.

Izquierdo-Álvarez A, Ramos E, Villanueva J, Hernansanz-Agustín P, Fernández-Rodríguez R, Tello D, Carrascal M, Martínez-Ruiz A. Differential redox proteomics allows identification of proteins reversibly oxidized at cysteine residues in endothelial cells in response to acute hypoxia. J Proteomics 2012. 75: 5449-5462. FI: 4,088(Q1). PMID: 22800641. DOI: 10.1016/j.jprot.2012.06.035.

Izquierdo-Alvarez, Alicia, Martinez-Ruiz, Antonio. Thiol redox proteomics seen with fluorescent eyes: The detection of cysteine oxidative modifications by fluorescence derivatization and 2-DE. J Proteomics 2011. 75: 329-338. FI: 4,878(Q1). PMID: 21983555. DOI: 10.1016/j.jprot.2011.09.013.