La coenzima Q (CoQ) es un engranaje vital en la maquinaria productora de energía del cuerpo, una especie de puerta de entrada química en la conversión de alimentos en combustible celular. Pero seis décadas después de su descubrimiento, los científicos aún no pueden describir exactamente cómo y cuándo se fabrica.

Dave Pagliarini, director de metabolismo en el Instituto de Investigación Morgridge, dice que la lista de incógnitas es abrumadora. ¿Cómo migra en la celda? ¿Cómo se gasta y se repone? ¿Qué genes y proteínas son responsables de la disfunción de CoQ? ¿Por qué disminuye su presencia a medida que las personas envejecen?

Pagliarini, también profesor asociado de bioquímica en la Universidad de Wisconsin-Madison, y su grupo están dedicados a eliminar muchas de estas lagunas de conocimiento en la producción de CoQ y a comprender el papel de la deficiencia de CoQ en las enfermedades humanas. Las deficiencias de CoQ están implicadas en decenas de enfermedades, incluyendo fallas hepáticas y pulmonares, debilidad muscular, sordera y muchos trastornos cerebrales como el Parkinson y la ataxia cerebelosa. La coenzima se produce casi exclusivamente dentro del cuerpo y, a menudo, es muy difícil de reponer a través de suplementos nutricionales.

Contra la cortina, el laboratorio de Pagliarini está desarrollando nuevas herramientas para arrojar luz sobre la función CoQ, principalmente al encontrar y definir proteínas que tienen un vínculo directo con la sustancia química. En el último mes, El equipo de Pagliarini ha publicado tres artículos en colaboración que recopilan múltiples capas de información sobre las células donde se han manipulado proteínas.

"Un desafío fundamental en biología radica en conectar las muchas proteínas 'huérfanas' en nuestras células con procesos biológicos específicos, como la biosíntesis de CoQ, ", dice Pagliarini." Una vez que tengamos un control de sus funciones, un segundo desafío es idear formas de manipular la actividad de estas proteínas, farmacológicamente o de otro modo, para controlar los procesos biológicos clave y, por último, mejorar la salud."

Investigación publicada en las revistas Sistemas celulares (13 de diciembre), Célula molecular (7 de diciembre) y Biología química celular (29 de noviembre) todos revelan nuevas pistas sobre la producción y función de la coenzima Q.

En el Biología química celular papel, por ejemplo, el equipo de investigación, dirigido por el investigador de Morgridge Andrew Reidenbach, introdujo un fármaco personalizado en su organismo modelo, levadura, que es capaz de encender y apagar la vía de CoQ. Este descubrimiento proporciona una forma novedosa para que los investigadores comprendan, dentro de un organismo vivo, cómo los diferentes niveles de CoQ afectan la función metabólica.

"Este sistema nos brinda una herramienta nueva y poderosa para estudiar de manera mecanicista cómo funciona esta vía, y cómo podemos manipularlo, ", Dice Pagliarini." Ahora creemos que podemos desarrollar un control similar al reóstato sobre la vía, para producir diferentes niveles de coenzima Q y ver qué significa eso para los diferentes fenotipos y resultados de salud en las células ".

los Papel de Cell Systems —Un proyecto dirigido conjuntamente con el grupo del bioquímico Marv Wicken de UW-Madison— investiga una proteína de unión al ARN que se ha asociado durante mucho tiempo con las mitocondrias. Pero ha sido difícil precisar qué papel juega realmente la proteína. En este trabajo, dirigido por los científicos de Morgridge Chris Lapointe y Jon Stefely, y también en colaboración con el grupo de Josh Coon, creó una nueva estrategia multiómica para identificar la función global de esta proteína y su papel en la biosíntesis de CoQ. Este enfoque multiómico, que combina la proteómica, La metabolómica y otras herramientas "ómicas" para identificar la función de una proteína serán muy relevantes en el futuro como herramienta para determinar futuros objetivos de proteínas. él dice.

Finalmente, los Célula molecular El artículo arroja luz sobre las proteasas que viven en las mitocondrias que están diseñadas para "masticar" otras proteínas. Alguna vez se pensó que estas proteínas parecidas a "Pac-man" servían simplemente como una especie de botes de basura celulares para eliminar las proteínas dañadas en las mitocondrias. Este estudio, dirigió mi Mike Veling, ayudó a revelar que tenían una función mucho más diversa. En particular, el equipo descubrió una proteasa que ayuda a una proteína CoQ esencial a "madurar" en su forma final.

Pagliarini dice que los tres artículos podrían tener un impacto duradero en la investigación mitocondrial que va mucho más allá de la biología de CoQ. dando a los científicos nuevos métodos para rastrear la función de las proteínas. Aproximadamente una cuarta parte de todas las proteínas en las mitocondrias actualmente no tienen una función asignada, y muchos de ellos podrían tener un vínculo con la enfermedad mitocondrial.

"Para la coenzima Q, cuanto más entendemos los pasos biosintéticos que tienen lugar, y qué procesos celulares los encienden y apagan, cuanto mayores sean las probabilidades de que podamos manipular el sistema de una manera que mejore la producción general de CoQ del cuerpo, ", Dice Pagliarini." Esta sería una gran estrategia terapéutica:en lugar de tomar suplementos, que no siempre llevan CoQ donde debe estar, podría activar los procesos naturales para combatir las enfermedades ".