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Investigadores del Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS) describen el mecanismo mediante el que se detecta el oxígeno de la sangre.

Este estudio se ha llevado a cabo por el grupo ‘Neurobiología Celular y Biofísica’ del IBIs, liderado por el Dr. José López Barneo, y se centra en los mecanismos básicos que subyacen a la detección de oxígeno por parte de las células. La hipoxia (déficit de oxígeno), además de presentarse en zonas de gran altitud, es un factor crítico vinculado a diversas patologías cardiorrespiratorias de alta morbilidad y mortalidad en humanos. El cuerpo carotídeo, una estructura altamente irrigada ubicada en la bifurcación de la carótida, es considerado el órgano prototípico de la detección aguda del oxígeno. Su activación durante la hipoxia provoca hiperventilación y otros reflejos cardiovasculares, respuestas que son esenciales para la adaptación ante una disminución de oxígeno y que minimizan sus efectos deletéreos. A pesar de su relevancia biomédica, las bases moleculares de la detección aguda de la hipoxia han permanecido esquivas durante décadas.

En trabajos previos, el grupo dirigido por el Dr. José López Barneo ha demostrado que las células quimiorreceptoras del cuerpo carotídeo (células glómicas) contienen mitocondrias especializadas que durante la hipoxia generan señales (entre ellas, especies reactivas de oxígeno o ROS) que regulan la excitabilidad celular. Esta sensibilidad específica de las mitocondrias de las células glómicas a la hipoxia se debe a su metabolismo especializado y depende de factores de transcripción, enzimas y componentes específicos de la cadena de transporte de electrones mitocondrial. El estudio que ahora se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) completa la caracterización de los mecanismos moleculares de la detección aguda de oxígeno por parte del cuerpo carotídeo, un proceso con potencial relevancia fisiopatológica en las respuestas de mala adaptación a la hipoxia.

Para ello, los investigadores han usado como modelo un ratón genéticamente modificado en el que la cadena de transporte de electrones se encuentra interrumpida en el cuerpo carotídeo. Concretamente, los estudios se basan en un ratón knockout para el complejo mitocondrial III de la cadena respiratoria en las células glómicas, que tiene como consecuencia la desconexión funcional entre los complejos mitocondriales I y IV. Las células quimiorreceptoras del cuerpo carotídeo sobreviven a la disfunción del complejo mitocondrial III, pero muestran una abolición selectiva de la respuesta celular a la hipoxia, mientras que se mantienen las respuestas a otros estímulos como la hipoglucemia. En consecuencia, los ratones presentan una fuerte inhibición de la respuesta ventilatoria hipóxica, con una frecuencia ventilatoria insuficiente para hacer frente al déficit de oxígeno. Esta mala adaptación se pone de manifiesto cuando los ratones deficientes en el complejo mitocondrial III son sometidos a una hipoxia sostenida durante días, ya que los animales muestran síntomas de una aclimatación alterada (aumento excesivo del hematocrito e hipertrofia cardiaca, entre otros). Los resultados obtenidos indican que, para una adecuada detección aguda de la hipoxia en las células del cuerpo carotídeo, se necesita una cadena de transporte de electrones funcional, donde la acción integrada de sus componentes hace posible la regulación de la respiración por oxígeno.

El estudio demuestra la importancia de la mitocondria en la supervivencia de los seres vivos a situaciones que cursan con falta de oxígeno en sangre.

Dada la importancia del cuerpo carotídeo en la regulación de la respiración, los investigadores destacan que la cadena de transporte de electrones mitocondrial surge como una potencial diana terapéutica para el tratamiento farmacológico de la depresión respiratoria o patologías en las que está implicada la sobreactivación del cuerpo carotídeo.

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