ArticlePDF Available

Abstract and Figures

Nowadays, reactive oxygen species-mediated cellular signaling is a growing field. The evidence of the requirement of these species in cellular processes such as proliferation, differentiation, apoptosis and even, survival, is leaving clear that reactive oxygen species are not just noxious entities, not anymore. As it happens in many biological systems, homeostasis is the key for a proper cellular and tissue physiology, including apoptosis or inflammation. New master regulators have been identified. The hepatocyte growth factor and its receptor c-Met, play pivotal roles in the redox signaling, modulating free radicals generator systems, such as NADPH oxidase or mitochondria; or the expression of antioxidants, leading to a specific cellular response against the stimulus from the extracellular environment.
Content may be subject to copyright.
!
Memoria del 44º Taller de Actualización Bioquímica, Facultad de Medicina; UNAM
!
Fundamentos de la señalización redox: Lecciones de los
sistemas generadores de especies reactivas de oxígeno
Basics in redox signaling: Lessons from reactive oxygen species generating systems
!
Salas-Silva, Elsy Soraya 1,2; Simoni-Nieves, Arturo 1,2; Miranda-Labra, Roxana U. 1 y
Gómez-Quiroz, Luis Enrique1,*
1. Laboratorio de Fisiología Celular, Departamento de Ciencias de la Salud, Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa.
2. Doctorado en Biología Experimental, Departamento de Ciencias de la Salud, Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa
*Correspondencia. Departamento Ciencias de la Salud, UAM-I, Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, Iztapalapa,
Ciudad de México. CP, 09340. Tel. +52(55)58044730, legq@xanum.uam.mx
Introducción
Las especies reactivas de oxígeno (ROS, por
sus siglas en inglés, Reactive Oxygen Species),
siguen siendo poco comprendidas, tal vez, por la
mala fama que les generó sus efectos tóxicos en
sistemas biológicos, quizá, estudiados de manera
muy general. Si bien es innegable el potencial de
daño que pueden tener, las ROS son igualmente
necesarias para mantener funciones fisiológicas
relevantes como la diferenciación, la proliferación,
la sobrevivencia, el metabolismo, etc.[1,2]; esto en
!
Versión electrónica en http://tab.facmed.unam.mx
MENSAJE BIOQUÍMICO
Mens. Bioquim. 41 (2017) 108-115
!
Resumen
En la actualidad, las especies reactivas de oxígeno
están tomando cada vez relevancia por su implicación
en la señalización celular, sobre todo en procesos
claves como la proliferación, la diferenciación, la
apoptosis, e incluso en la sobrevivencia, lo que deja
claro que estas moléculas ya no lo deben ser
consideradas como entidades tóxicas. Se han
identificado reguladores maestros de la señalización
redox, entre ellos el factor de crecimiento de
hepatocitos y su receptor c-Met, quienes juegan un rol
importante en la señalización mediada por estas
especies, modulando sistemas como el de las NADPH
oxidasas o la mitocondria, y permitiendo la expresión
diferencial de antioxidantes, lo cual permite a la célula
responder de manera adecuada ante los estímulos del
ambiente extracelular.
Palabras Clave: ROS, NADPH oxidasa, Nrf2, c-Met,
HGF, Romo1
Abstract
Nowadays, reactive oxygen species-mediated cellular
signaling is a growing field. The evidence of the
requirement of these species in cellular processes such
as proliferation, differentiation, apoptosis and even,
survival, is leaving clear that reactive oxygen species
are not just noxious entities, not anymore. As it
happens in many biological systems, homeostasis is
the key for a proper cellular and tissue physiology,
including apoptosis or inflammation. New master
regulators have been identified. The hepatocyte
growth factor and its receptor c-Met, play pivotal roles
in the redox signaling, modulating free radicals
generator systems, such as NADPH oxidase or
mitochondria; or the expression of antioxidants,
leading to a specific cellular response against the
stimulus from the extracellular environment.
Keywords: ROS, NADPH oxidase, Nrf2, HGF,
Romo1
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108 - 115
© 2017 Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X
Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres
Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
109
gran medida por la capacidad que tienen de
modificar químicamente residuos de aminoácidos
de proteínas claves en la señalización, induciendo
cambios conformacionales que permiten exponer
sitios catalíticos, secuencias de localización
nuclear, dominios de unión al DNA, entre otros,
pero como hemos dicho, se conoce más de los
efectos tóxicos y muchas veces se exagera de ello
en la literatura no especializada e incluso se han
identificado errores relacionados con una mala
interpretación en la literatura especializada. ¿Qué
tan malos son las ROS? es una pregunta difícil de
contestar, tan complicada de responder como ¿Qué
tan buenos son los antioxidantes?, que es la otra
cara de la moneda con una idea generalizada de que
son especies moleculares buenas que uno debería
consumir, incluso en exceso, por los aparentes
beneficios que nos dan, particularmente en el
contexto de varias enfermedades, sin embargo no
olvidemos que ambas entidades están en cada uno
de los platos de una balanza (Figura 1), por lo que
basta con concebir esta imagen para darnos cuenta
de que el desbalance, hacia cualquier lado, rompe
con la homeostasis, conduciendo, cuando las ROS
suben o las antioxidantes bajan, en lo que
conocemos como estrés oxidante (Figura 2). De
hecho, se ha reportado que los antioxidantes lejos
de ayudar en el tratamiento del cáncer lo pueden
empeorar [3,4].
Figura 1. Balance óxido-reducción, entre especies
prooxidantes y antioxidantes.
De este modo, se debe ver a las ROS, junto con
otras especies prooxidantes (radicales libres,
especies reactivas de nitrógeno, etc.), y a los
antioxidantes, desde la óptica de la homeostasis,
del equilibrio [5]. Las consecuencias son diversas
cuando el equilibro se rompe.
Figura 2. Desequilibrio óxido-reducción. Estrés oxidante.
La función primaria en la producción
controlada de ROS dentro de la célula es la
transducción de señales tendiente a la regulación de
la expresión génica[6], pasando por la estimulación
de fenómenos fisiológicos como la inflamación o
la apoptosis, en niveles ligeramente incrementados,
hasta llegar a procesos de daño como la necrosis,
cuando los niveles exceden el umbral y rompen el
equilibrio (Figura 3).
En el presente texto hacemos una revisión de
conceptos básicos de la transducción de señales
mediada por cambios en el estado redox celular,
haciendo énfasis en el sistema del factor de
crecimiento de hepatocitos (HGF) y su receptor c-
Met como reguladores maestros del estado redox
celular, particularmente en epitelios.
Figura 3. Relación entre los niveles de especies reactivas de
oxígeno y fenómenos celulares.
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108 - 115
© 2017 Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X
Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres
Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
110
Homeostasis redox
Hablar de moléculas prooxidantes nos lleva casi
de inmediato a pensar en las ROS, pero no son las
únicas, también tienen relevancia las especies
reactivas de nitrógeno entre otras; ahora bien, no
todas las ROS son radicales libres, definidas como
moléculas o átomos que presentan un electrón
desapareado; a la par de ellas, están moléculas con
una alta capacidad oxidante, tal vez la más
destacada de ellas sea el peróxido de hidrógeno
(H2O2), que si bien no es un radical libre puede
producir a uno de los más reactivos que existen y
sin función fisiológica conocida, el radical
hidroxilo (HO), capaz de oxidar prácticamente a
cualquier molécula con la que interactúe, como a
los ácidos nucleicos, a las proteínas, o a los lípidos,
generando disfunción celular, mutaciones y
eventualmente la muerte.
La célula está generando constantemente ROS
como producto de procesos celulares normales,
como la respiración, el metabolismo o la
biotransformación de xenobióticos (como el
citocromo P450 2E1) [7]. El radical anión
superóxido (O2 ) se genera fácilmente cuando el
oxígeno molecular gana un electrón. Esta ROS
interviene frecuentemente en procesos de
señalización, pero también puede inducir daño
cuando se incrementa su producción o cuando
enzimas como las superóxido dismutasas (SOD)
disminuyen su expresión o actividad [8].
La célula tiene un sistema muy eficiente para el
mantenimiento del balance redox que se muestra en
la figura 4. El O2 producido por sistemas
metabólicos como la respiración, la xantina
oxidasa, la ciclo oxigenasa, entre otros, o por
sistemas canónicos de producción de ROS como la
NADPH oxidasa, de la cual hablaremos más
adelante, es dismutado por las SOD, de la cual
existen tres variantes [9]. La dismutación genera al
H2O2 que, como se mencionó, puede producir al
HO en presencia de metales como el Fe2+ o el
Cu+1, en un proceso químico conocido como
reacción de Fenton [10]. El H2O2 es reducido en
H2O por varias enzimas, siendo las más relevantes
la catalasa y la glutatión peroxidasa (GSHPx), que
usa dos moléculas de glutatión (GSH) como poder
reductor.
En estados fisiológicos, esta serie de reacciones
acopladas permiten el equilibrio redox y una
correcta progresión en las funciones celulares
normales, pero el desbalance conduce al mal
funcionamiento, una vez más, el mecanismo
central es la activación anómala de rutas de
transducción y expresión génica tendiente a
equilibrar o a solucionar dicho disturbio (Figura 4).
Figura 4. Control de la homeostasis redox.
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108 - 115
© 2017 Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X
Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres
Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
111
Modulación de sistemas prooxidantes y
antioxidantes como estrategia para la
señalización redox
El balance que hemos venido refiriendo está
perfectamente controlado por la expresión de
enzimas antioxidantes, y la regulación de los
sistemas prooxidantes. Si bien, como hemos dicho,
sistemas como la xantina oxidasa, o la
ciclooxigenasa, generan ROS, como subproductos
en sus reacciones, no se sabe con certeza si esto
puede ser utilizado, más allá del accidente, por la
célula con fines regulatorios o de señalización
La NADPH oxidasa y la mitocondria están bien
caracterizadas que son capaces de producir ROS
con el único objetivo de señalizar, con umbrales
que permiten éste proceso y no el daño celular [11].
La NADPH oxidasa
En nuestro grupo de investigación
identificamos recientemente una sobreactivación
anómala de la NADPH oxidasa en ratones que
carecen de la señalización del receptor del HGF, c-
Met [2], los hepatocitos de estos ratones presentan
un incremento significativo en la actividad del
complejo y por lo tanto una generación excesiva de
ROS [2,12], esto es un buen ejemplo de que si bien
existe un incremento en ROS, no necesariamente la
célula está en estrés oxidante, ya que esto va
acompaño del incremento en enzimas antioxidantes
y GSH, equilibrando la balanza. Investigaciones
posteriores nos permitieron caracterizar y proponer
que el HGF/c-Met es un regulador maestro del
estado redox celular, que tiende a la activación de
rutas de señalización para fines de protección y
sobrevivencia[13] .
Podría parecer irónico, que, si bien las ROS
pueden inducir muerte celular, también puedan
promover sobrevivencia, la respuesta de esto ésta
en la cantidad y en la temporalidad de la
producción de ROS[13] .
Las NADPH oxidasas son sistemas exclusivos
para señalizar en células no fagocíticas, como
ejemplo las epiteliales, esto aunado a la muy bien
caracterizada función en estallido respiratorio en
células fagocíticas profesionales[14].
La familia está compuesta por varios complejos
enzimáticos, conformada por 7 homólogos
catalíticos unidos a la membrana, como Nox1,
Nox2, Nox3, Nox4 y Nox5, además de DUOX1 y
2 [14]. A los componentes catalíticos se unen, en la
mayoría de ellas, proteínas regulatorias, tanto
citosólicas, como p47phox o p67phox, como de
membrana, como el caso de p22phox, que es usada
por las Nox1-4 [11].
Existen, además, diferencias en cuanto al tipo
de ROS que producen. El O2 es generado
particularmente por las Nox1, 2, 3 y 5, mientras que
la Nox 4 y las Duox generan H2O2, marcando en
ello posibles diferencias en las rutas de
señalización activadas, aspecto que no ha quedado
del todo claro, más allá de la expresión diferencial
tejido dependiente de las oxidasas [11,15,16]. Sin
embargo, como se ha mencionado, el O2 puede ser
fácilmente dismutado a H2O2 teniendo un punto
más de regulación en las rutas donde están
involucradas.
Las rutas de señalización que han sido
identificadas en relación a la NADPH oxidasa están
en número creciente, entre otras se puede
mencionar a PI3K/Akt/mTOR, TLR4, TNF-alfa,
NF-kB, Angiotensina II, HIF-1 alfa, ADAM17,
Nrf2, etc.; éste último ha sido caracterizada en
hepatocitos por nuestro grupo, formando un eje
entre el factor de crecimiento de hepatocitos,
NADPH oxidasa y Nrf2, la activación de esta ruta
está dirigida hacia respuestas de protección y
sobrevivencia.
HGF y c-Met como modelo de regulación de las
NADPH oxidasas en señalización.
La NADPH oxidasa puede ser activada tanto
por receptores acoplados a proteínas G, como por
receptores con actividad de cinasa de tirosinas
(RTK) [13]. Se sabe que los RTK pueden inducir la
actividad de la oxidasa a través de la ruta de
Ras/Erk, o por la fosfolipasa C gama, que facilita
la activación de la proteína cinasa C (PKC), dando
lugar a la fosforilación de p47phox, regulador de la
Nox2, aunque esta función también ha sido
atribuida a la cinasa Akt, que es parte también de
las rutas canónicas iniciadas por los RTK [11].
Recientemente hemos publicado una serie de
trabajos en los que se deja patente la relación de la
NADPH oxidasa y c-Met con fines de señalización
y que tiende a inducir una señal de protección y
sobrevivencia. HGF/c-Met ejercen una regulación
bifásica en el hepatocito que tiende a la activación
de respuestas de sobrevivencia y reparación[13].
En la primera etapa, la activación de c-Met por
el HGF promueve la actividad de la NADPH
oxidasa, induciendo la generación de ROS,
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108 - 115
© 2017 Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X
Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres
Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
112
particularmente O2 , en un mecanismo dependiente
del tiempo, que llega a valores máximos a los 5 min
posterior al estímulo, y que se mantiene hasta los
30 min, cayendo a valores basales 60 min después
del tratamiento[13].
Esta fase de respuesta temprana va dirigida a la
activación del factor de transcripción Nrf2 y a la
producción de proteínas de protección, como
antioxidantes o de fase II y III de destoxificación
[17,18], destacando enzimas como NAD(P)H
quinona oxidorreductasa 1 (NQO1), o la gama
glutamilcisteina sintetasa (GCS), la enzima
limitante en la síntesis de GSH (Figura 5).
Figura 5. Mecanismo molecular del efecto temprano del
HGF/c-Met. Activación de la ruta NADPH oxidasa/Nrf2.
La segunda etapa es de respuesta tardía y es
opuesta a la primera en términos de actividad de la
oxidasa, ya que disminuye significativamente lo
cual se relaciona en la producción de ROS, cayendo
a niveles por debajo de los basales a las 12 h y
manteniéndose hasta las 24 h[13].
El estudio de los efectos (opuestos), inducidos
por el HGF, reveló que ambos mecanismos van
dirigidos a la activación de respuestas de
protección y sobrevivencia en el hepatocito.
En la etapa temprana, c-Met induce la
activación de PKC delta, en un proceso
dependiente de la fosfolipasa C [2]. En este punto
PKC delta toma un papel dual, siendo el primero la
fosforilación de p47phox, lo que permite el
ensamble y activación de la NADPH oxidasa[13].
Las ROS producidas permiten la oxidación de
cisteínas (cys) específicas en la proteína Keap1,
inhibidor del factor de transcripción Nrf2, estas
cisteínas juegan un papel central en la activación
del factor de transcripción, particularmente la cys
151 juega un papel de sensor de los cambios en el
estado redox celular. La oxidación de las cys
inducen un cambio conformacional en el complejo
que estabiliza a Nrf2 en el citosol, conformado,
entre otras proteínas, por la ligasa de ubiquitinas
tipo 3 Cullin 3 (Cul3), quien usa a Keap1 para la
ubiquitinación constitutiva de Nrf2 en un estado
celular inclinado hacia el potencial reductor [19].
El cambio conformacional permite que el sitio
catalítico de Cul3 se aleje de los sitios de
ubiquitinización, por lo que la degradación por el
proteosoma 26S se evita y permite su migración al
núcleo. La activación de Nrf2 no está aún completa,
se requiere de la fosforilación de serinas
específicas, situación que representa la segunda
función de PKC delta, que fue activada por c-Met
[13].
Nrf2 una vez en el núcleo se une a su secuencia
consenso, el elemento de respuesta antioxidante
(ARE), en genes que codifican principalmente para
proteínas de fase II y III de destoxificación, y para
antioxidantes. Si la respuesta de la NADPH
oxidasa, iniciada por la señalización de HGF/c-
Met, se abroga con inhibidores específicos de la
oxidasa como el DPI, Nrf2 no se activa y la célula
queda sensibilizada a los efectos prooxidantes que
puedan derivar de la mitocondria, por ejemplo,
cuando se exponen las células a bloqueadores de la
cadena respiratoria como la Antimicina A [13]
(Figura 5).
La NADPH oxidasa, canónicamente es usada
por algunas proteínas con la finalidad de inducir
estrés oxidante y apoptosis, como el factor de
crecimiento transformante (TGF) beta, que ejerce
dicha acción en células epiteliales (Figura 6)[11].
Figura 6. Efectos citotóxicos mediados por la NADPH
oxidasa inducidos por el factor de crecimiento
transformante beta
La segunda fase o respuesta tardía, muestra,
como se mencionó, un decremento en la actividad
de la NADPH oxidasa en tiempos largos del
tratamiento con HGF, el efecto está asociado al
decremento en la expresión de varias subunidades
de la NADPH oxidasa como p22phox, p67phox,
Nox2 y Nox4 (Figura 7). El mecanismo, tendiente
a la abrogación en la expresión de los componentes
de la oxidasa, aún no se han determinado por
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108 - 115
© 2017 Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X
Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres
Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
113
completo, pero sabemos que dicha respuesta esta
mediada por un mecanismo complejo que
involucra mecanismos transcripcionales y post-
traduccionales, observándose la participación de
Akt y la función del proteosoma 26 S, así como una
interacción directa entre c-Met y la subunidad
regulatoria p22phox (datos sin publicar).
Figura 7. Mecanismo parcial del efecto tardío del HGF/c-
Met. Represión transcripcional de los componentes de la
NADPH oxidasa.
Una vez más las células que son retadas bajo las
condiciones de represión de la NADPH oxidasa
ejercidas por c-Met, presentan resistencia al efecto
citotóxico, en este caso por el factor de crecimiento
transformante beta, que usa a la oxidasa para iniciar
apoptosis [13].
El disturbio que genera la ausencia en la
señalización de c-Met en el hígado (como en el
caso de los ratones deficiente del receptor), está
siempre ligado al estrés oxidante y al inicio o
progresión de enfermedades hepáticas como el
cáncer hepatocelular [12,20], la fibrosis [21], la
enfermedad hepática alcohólica [7], la esteatosis y
la colestasis [22,23], entre otras, por lo que las
implicaciones en la pérdida del control del estado
redox que conduce el HGF y c-Met son notables y
el conocimiento y la caracterización de ello puede
permitir la implementación de nuevas estrategias
terapéuticas.
Las mitocondrias
La mitocondria suele ser considerada como la
generadora de ROS por excelencia. Existe la
concepción, poco precisa, de que la producción de
ROS por el organelo es consecuencia “accidental”
de la fuga de electrones que son captados por el
oxígeno molecular. Existe evidencia de que la
mitocondria presenta algunos mecanismos bien
regulados que permiten la producción de ROS con
la finalidad de conducir procesos celulares bien
definidos [24].
Nuestro grupo tiene experiencia con dos
sistemas que regulan la generación de ROS con
fines de señalización en la mitocondria, la proteína
moduladora de ROS 1 (Romo1) y el gangliósido
GD3.
Romo1 es una proteína mitocondrial
descubierta y caracterizada muy recientemente [25]
que tiene la función particular de inducir y regular
la producción de ROS, de hecho se ha sugerido que
el incremento en la expresión observada de Romo1
en varias líneas celulares derivadas de tumores,
tiene una relación directa con el estrés oxidante que
presentan éstas células, lo que contribuye a la
acumulación de más mutaciones y a la agresividad
[25,26].
El mecanismo en la generación de ROS aún no
está caracterizado, sin embargo, se cuenta con
evidencia que la expresión de Romo1 está
estrechamente vinculada a la activación de la ruta
de señalización de Erk1/2, la cual es de la familia
de las MAPK, y de NF-kB que a su vez conduce a
la activación del ciclo celular y a la proliferación,
esto tanto en condiciones normales como
patológicas [27,28] (Figura 8).
Figura 8. Los mecanismos mitocondriales de generación
controlada de especies reactivas de oxígeno y sus efectos
fisiológicos.
Aún queda mucho camino para determinar la
magnitud de la relevancia de Romo 1, al parecer es
una proteína muy conservada, se ha identificado
recientemente incluso en lampreas [29], lo que nos
habla de la necesidad evolutiva en el control de
estado redox, y se ha empezado a relacionar en
otras patologías, más allá del cáncer, como en la
esteatosis no alcohólica [22], que se sobreexpresa
en ausencia de la señalización de c-Met, o en ciertas
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108 - 115
© 2017 Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X
Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres
Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
114
enfermedades reumáticas, no necesariamente en
artritis, en lo cual nos hemos enfocado
recientemente [30]. ¿Cuáles son los mecanismos
moleculares que permiten la modulación de ROS y
sus implicaciones celulares? es una pregunta que se
debe responder en busca de nuevas opciones
terapéuticas, al menos, en la lucha contra el cáncer.
El gangliósido GD3 es otro caso de la regulación
de las ROS en la mitocondria[31]. El GD3
pertenece a la familia de los glucolípidos, lípidos
especializados caracterizados por tener una región
polar grande formada de oligosacáridos, así como
dos colas hidrofóbicas, conformadas por un ácido
grasos y la otra por la esfingosina. El GD3 forma
parte estructural de las balsas lipídicas cuya
función es básicamente en la señalización, muchos
de los RTK están en estas balsas, pero también se
ha reportado recientemente su participación en la
formación de autofagosomas [32].
En realidad, el GD3 señaliza como parte de la
ruta del TNF-alfa, el cual induce la activación de la
esfingomielinasa ácida y la liberación del GD3 que
se dirige a la mitocondria [33] promoviendo la
generación de ROS y la apoptosis [31,34] (Figura
8).
El mecanismo detallado en la generación de
ROS esta por ser completamente dilucidado, pero
más allá de los cambios a nivel de membrana
mitocondrial y su desestabilización, pareciera
haber más puntos de regulación, tal vez una
activación de Romo1. En sí la participación de
GD3 en la generación controlada de ROS por la
mitocondria está sumamente confirmado y
representa un mecanismo central en la inducción de
apoptosis como respuesta iniciada por el TNF-
alfa[31,33].
Los efectos mostrados por el GD3 y Romo1
muestran una respuesta diferencial de la
mitocondria que está, en gran medida, determinado
por los niveles de ROS. En general podemos
afirmar que niveles relativamente bajos de ROS
promueven efectos como proliferación o
sobrevivencia, mientras que el incremento puede
promover apoptosis (Figura 8).
Una reflexión final
El uso de las ROS como entidades en la
señalización, podría posicionarlas en el viejo
concepto de “segundo mensajero”, y representan
un claro triunfo en términos de adaptación, de
llevarlas de especies altamente tóxicas, a su control
con fines positivos para la fisiología celular.
La generación y el uso de ROS representa
ventajas para la célula, son entidades que se forman
con relativa facilidad, en procesos regulados,
dependientes del gasto de poder reductor; o de
manera colateral en procesos metabólicos que, si
bien éstos pueden salirse de control en un primer
nivel, pueden contrarrestarse con la acción de las
enzimas antioxidantes que, de hecho, su expresión
suele estar controlada por señalización redox.
Es importante hacer hincapié en dejar a un lado
el concepto de que las ROS son entidades
negativas, si esto fuera así, lo serían igualmente los
antioxidantes. Como en prácticamente todos los
sistemas biológicos la homeostasis o equilibrio
determina los paradigmas celulares y el estado
redox es un caso que debe cada vez más tomarse en
cuenta en el contexto de cualquier evento
molecular de la célula.
Agradecimientos
El trabajo fue escrito con el apoyo, y como
producto de los proyectos financiados por el
CONACYT: CB-252942, CB222578, Fronteras
de la Ciencia 1320, así como por la Universidad
Autónoma Metropolitana Iztapalapa.
1!
Referencias
1. Miranda, R. U., Gomez-Quiroz, L. E., Mejia, A., and
Barrios-Gonzalez, J. (2013). Fungal biology 117, 85-93
2. Gomez-Quiroz, L. E., Factor, V. M., Kaposi-Novak, P.,
Coulouarn, C., Conner, E. A., and Thorgeirsson, S. S.
(2008). J Biol Chem 283, 14581-14589
3. Sayin, V. I., Ibrahim, M. X., Larsson, E., Nilsson, J. A.,
Lindahl, P., and Bergo, M. O. (2014). Sci Transl Med 6,
221ra215
4. Le Gal, K., Ibrahim, M. X., Wiel, C., Sayin, V. I., Akula,
M. K., Karlsson, C., Dalin, M. G., Akyurek, L. M., Lindahl,
P., Nilsson, J., and Bergo, M. O. (2015). Sci Transl Med 7,
308re308
5. D'Autreaux, B., and Toledano, M. B. (2007). Nat Rev Mol
Cell Biol 8, 813-824
6. Gomez-Quiroz, L., and Cuevas-Bahena, D. (2008) Especies
reactivas de oxígeno y señalización. in Radicales Libres y
estrés oxidativo. Aplicaciones Médicas (Konigsberg, M.
ed.), El Manual Modenor, México. pp 487-500
7. Valdes-Arzate, A., Luna, A., Bucio, L., Licona, C.,
Clemens, D. L., Souza, V., Hernandez, E., Kershenobich,
D., Gutierrez-Ruiz, M. C., and Gomez-Quiroz, L. E. (2009).
Free Radic Biol Med 47, 424-430
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108 - 115
© 2017 Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X
Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres
Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
115
8. Clavijo-Cornejo, D., Gutierrez-Carrera, M., Palestino-
Dominguez, M., Dominguez-Perez, M., Nuno, N., Souza,
V., Miranda, R. U., Kershenobich, D., Gutierrez-Ruiz, M.
C., Bucio, L., and Gomez-Quiroz, L. E. (2014). Food Chem
Toxicol 69, 102-108
9. Gomez-Quiroz, L., and Cuevas-Bahena, D. (2008)
Sueróxidos dismutasas. in Radicales libres y estres
oxidativo. Aplicaciones Médicas (Konigsberg, M. ed.), El
Manual Moderno. pp 169-182
10. Valko, M., Jomova, K., Rhodes, C. J., Kuca, K., and
Musilek, K. (2016). Arch Toxicol 90, 1-37
11. Brandes, R. P., Weissmann, N., and Schroder, K. (2014).
Free radical biology & medicine 76, 208-226
12. Kaposi-Novak, P., Lee, J. S., Gomez-Quiroz, L.,
Coulouarn, C., Factor, V. M., and Thorgeirsson, S. S.
(2006). J Clin Invest 116, 1582-1595
13. Clavijo-Cornejo, D., Enriquez-Cortina, C., Lopez-Reyes,
A., Dominguez-Perez, M., Nuno, N., Dominguez-Meraz,
M., Bucio, L., Souza, V., Factor, V. M., Thorgeirsson, S.
S., Gutierrez-Ruiz, M. C., and Gomez-Quiroz, L. E. (2013).
Biochimie 95, 1177-1184
14. Lambeth, J. D., and Neish, A. S. (2014). Annu Rev Pathol
9, 119-145
15. Bedard, K., Lardy, B., and Krause, K. H. (2007). Biochimie
89, 1107-1112
16. Brown, D. I., and Griendling, K. K. (2009). Free radical
biology & medicine 47, 1239-1253
17. Aleksunes, L. M., Slitt, A. L., Maher, J. M., Augustine, L.
M., Goedken, M. J., Chan, J. Y., Cherrington, N. J.,
Klaassen, C. D., and Manautou, J. E. (2008). Toxicol Appl
Pharmacol 226, 74-83
18. Klaassen, C. D., and Reisman, S. A. (2010). Toxicol Appl
Pharmacol 244, 57-65
19. Zhang, Q., Pi, J., Woods, C. G., and Andersen, M. E.
(2010). Toxicol Appl Pharmacol 244, 84-97
20. Takami, T., Kaposi-Novak, P., Uchida, K., Gomez-Quiroz,
L. E., Conner, E. A., Factor, V. M., and Thorgeirsson, S. S.
(2007). Cancer Res 67, 9844-9851
21. Marquardt, J. U., Seo, D., Gomez-Quiroz, L. E., Uchida, K.,
Gillen, M. C., Kitade, M., Kaposi-Novak, P., Conner, E. A.,
Factor, V. M., and Thorgeirsson, S. S. (2012). Biochim
Biophys Acta 1822, 942-951
22. Gomez-Quiroz, L. E., Seo, D., Lee, Y. H., Kitade, M.,
Gaiser, T., Gillen, M., Lee, S. B., Gutierrez-Ruiz, M. C.,
Conner, E. A., Factor, V. M., Thorgeirsson, S. S., and
Marquardt, J. U. (2016). Toxicology 361-362, 39-48
23. Nuno-Lambarri, N., Dominguez-Perez, M., Baulies-
Domenech, A., Monte, M. J., Marin, J. J., Rosales-Cruz, P.,
Souza, V., Miranda, R. U., Bucio, L., Montalvo-Jave, E. E.,
Concepcion Gutierrez-Ruiz, M., Garcia-Ruiz, C.,
Fernandez-Checa, J. C., and Gomez-Quiroz, L. E. (2016).
Oxid Med Cell Longev 2016, 9895176
24. Zorov, D. B., Juhaszova, M., and Sollott, S. J. (2014).
Physiol Rev 94, 909-950
25. Chung, Y. M., Kim, J. S., and Yoo, Y. D. (2006). Biochem
Biophys Res Commun 347, 649-655
26. Chung, J. S., Lee, S. B., Park, S. H., Kang, S. T., Na, A. R.,
Chang, T. S., Kim, H. J., and Yoo, Y. D. (2009). Free Radic
Res 43, 729-737
27. Na, A. R., Chung, Y. M., Lee, S. B., Park, S. H., Lee, M.
S., and Yoo, Y. D. (2008). Biochem Biophys Res Commun
369, 672-678
28. Shyamsunder, P., Verma, R. S., and Lyakhovich, A. (2015).
Cancer Lett 361, 33-38
29. Zhao, C., Feng, B., Cao, Y., Xie, P., Xu, J., Pang, Y., Liu,
X., and Li, Q. (2013). Fish Shellfish Immunol 35, 278-283
30. Blancas-Meza, C., Martínez-Nava, G., López-Reyes, A.,
Zamudio-Cuevas, Y., Martinez-Flores, K., Clavijo-
Cornejo, D., Miranda, R. U., Gutierrez Ruiz, M. C., Gomez
Quiroz, L., Pineda, C., and Fernández-Torres, J. (2016).
Investigación en Discapacidad 5, 139-145
31. Garcia-Ruiz, C., Colell, A., Paris, R., and Fernandez-
Checa, J. C. (2000). FASEB J 14, 847-858
32. Matarrese, P., Garofalo, T., Manganelli, V., Gambardella,
L., Marconi, M., Grasso, M., Tinari, A., Misasi, R.,
Malorni, W., and Sorice, M. (2014). Autophagy 10, 750-
765
33. Garcia-Ruiz, C., Colell, A., Morales, A., Calvo, M., Enrich,
C., and Fernandez-Checa, J. C. (2002). J Biol Chem 277,
36443-36448
34. Garcia-Ruiz, C., Colell, A., Mari, M., Morales, A., Calvo,
M., Enrich, C., and Fernandez-Checa, J. C. (2003). J Clin
Invest 111, 197-208
DR. LUIS ENRIQUE GÓMEZ
QUIROZ
Profesor Investigador Titular C del
Departamento de Ciencias de la Salud. Químico de
formación, con maestría y doctorado en Biología
Experimental (UAM-I) y postdoctorado en
Biología Celular y Molecular del cáncer hepático
en el National Cancer Institute del NIH, Bethesda,
Maryland, USA. Actual coordinador del Posgrado
en Biología Experimental.
Principales líneas de investigación: regulación
de la expresión génica por cambios en el estado
redox, hepatocarcinogenesis y progresión tumoral
en hígado y páncreas, y transducción de señales. Es
miembro del Sistema Nacional de Investigadores
nivel III, de la Academia Mexicana de Ciencias, del
International Liver Cancer Association, y de la
Sociedad Mexicana de Bioquímica, entre otras.
Article
Full-text available
RESUMEN El estrés oxidativo (EO) es un estado de desequilibrio redox entre el estado antioxidante y oxidante, favoreciendo a este último. Las mitocondrias participan en la bioenergética celular, siento los principales organelos productores de especies reactivas de oxigeno (ERO). El EO tiene un papel preponderante en el desencadenamiento de muchas patologías. El objetivo de esta investigación fue realizar una revisión bibliográfica, exponiendo los conocimientos hasta ahora encontrados, dando a conocer el origen, los organelos celulares y vías metabólicas implicadas, sustancias y estímulos medioambientales que originan el EO y ciertas patologías que se desencadenan por su causa. La homeostasis redox es esencial para la salud normal y la supervivencia de la célula. El desequilibrio producido en el EO conduce a una interrupción de la señalización y control redox que puede conllevar a un daño molecular. La mitocondria es el principal organelo productor de ERON, las ERO generadas son moléculas de señalización cruciales y participantes en muchos mecanismos adaptativos celulares. Sin embargo, cuando se rompe el equilibrio redox como consecuencia del EO, estas ERO se vuelven dañinas. Las sustancias químicas endógenas y exógenas toxicas y, las radiaciones ionizantes pueden ocasionar EO, el cual puede desencadenar un sinfín de patologías. ABSTRACT Oxidative stress (OS) is a state of redox imbalance between the antioxidant and oxidant state, favoring the latter. Mitochondria participate in cellular bioenergetics, I feel the main organisms that produce reactive oxygen species (ROS). The OS has a preponderant role in the unleashing of many pathologies. The objective of this research was to carry out a bibliographic review, exposing the knowledge so far found, making known the origin, cellular organelles and metabolic pathways involved, substances and environmental stimuli that originate OS and certain pathologies that are triggered by their cause. Redox homeostasis is essential for the normal health and survival of the cell. The imbalance produced in the OS leads to an interruption of the signaling and redox control that can lead to molecular damage. The mitochondria is the main ROSN producing organelle, ROS generated are crucial signaling molecules and participants in many cellular adaptive mechanisms. However, when the redox balance is broken as a result of OS, these ROS become harmful. Endogenous and exogenous toxic chemical substances, and ionizing radiation can cause OS, which can trigger a host of pathologies.
Article
Full-text available
Byproducts of normal mitochondrial metabolism and homeostasis include the buildup of potentially damaging levels of reactive oxygen species (ROS), Ca(2+), etc., which must be normalized. Evidence suggests that brief mitochondrial permeability transition pore (mPTP) openings play an important physiological role maintaining healthy mitochondria homeostasis. Adaptive and maladaptive responses to redox stress may involve mitochondrial channels such as mPTP and inner membrane anion channel (IMAC). Their activation causes intra- and intermitochondrial redox-environment changes leading to ROS release. This regenerative cycle of mitochondrial ROS formation and release was named ROS-induced ROS release (RIRR). Brief, reversible mPTP opening-associated ROS release apparently constitutes an adaptive housekeeping function by the timely release from mitochondria of accumulated potentially toxic levels of ROS (and Ca(2+)). At higher ROS levels, longer mPTP openings may release a ROS burst leading to destruction of mitochondria, and if propagated from mitochondrion to mitochondrion, of the cell itself. The destructive function of RIRR may serve a physiological role by removal of unwanted cells or damaged mitochondria, or cause the pathological elimination of vital and essential mitochondria and cells. The adaptive release of sufficient ROS into the vicinity of mitochondria may also activate local pools of redox-sensitive enzymes involved in protective signaling pathways that limit ischemic damage to mitochondria and cells in that area. Maladaptive mPTP- or IMAC-related RIRR may also be playing a role in aging. Because the mechanism of mitochondrial RIRR highlights the central role of mitochondria-formed ROS, we discuss all of the known ROS-producing sites (shown in vitro) and their relevance to the mitochondrial ROS production in vivo.
Article
The transcription factor NFE2-related factor 2 (Nrf2) mediates detoxification and antioxidant gene transcription following electrophile exposure and oxidative stress. Mice deficient in Nrf2 (Nrf2-null) are highly susceptible to acetaminophen (APAP) hepatotoxicity and exhibit lower basal and inducible expression of cytoprotective genes, including NADPH quinone oxidoreductase 1 (Nqo1) and glutamate cysteine ligase (catalytic subunit, or Gclc). Administration of toxic APAP doses to C57BL/6J mice generates electrophilic stress and subsequently increases levels of hepatic Nqo1, Gclc and the efflux multidrug resistance-associated protein transporters 1-4 (Mrp1-4). It was hypothesized that induction of hepatic Mrp1-4 expression following APAP is Nrf2 dependent. Plasma and livers from wild-type (WT) and Nrf2-null mice were collected 4, 24 and 48 h after APAP. As expected, hepatotoxicity was greater in Nrf2-null compared to WT mice. Gene and protein expression of Mrp1-4 and the Nrf2 targets, Nqo1 and Gclc, was measured. Induction of Nqo1 and Gclc mRNA and protein after APAP was dependent on Nrf2 expression. Similarly, APAP treatment increased hepatic Mrp3 and Mrp4 mRNA and protein in WT, but not Nrf2-null mice. Mrp1 was induced in both genotypes after APAP, suggesting that elevated expression of this transporter was independent of Nrf2. Mrp2 was not induced in either genotype at the mRNA or protein levels. These results show that Nrf2 mediates induction of Mrp3 and Mrp4 after APAP but does not affect Mrp1 or Mrp2. Thus coordinated regulation of detoxification enzymes and transporters by Nrf2 during APAP hepatotoxicity is a mechanism by which hepatocytes may limit intracellular accumulation of potentially toxic chemicals.
  • L E Gomez-Quiroz
  • V M Factor
  • P Kaposi-Novak
  • C Coulouarn
  • E A Conner
  • S S Thorgeirsson
Gomez-Quiroz, L. E., Factor, V. M., Kaposi-Novak, P., Coulouarn, C., Conner, E. A., and Thorgeirsson, S. S. (2008). J Biol Chem 283, 14581-14589
  • V I Sayin
  • M X Ibrahim
  • E Larsson
  • J A Nilsson
  • P Lindahl
  • M O Bergo
Sayin, V. I., Ibrahim, M. X., Larsson, E., Nilsson, J. A., Lindahl, P., and Bergo, M. O. (2014). Sci Transl Med 6, 221ra215
  • Le Gal
  • K Ibrahim
  • M X Wiel
  • C Sayin
  • V I Akula
  • M K Karlsson
  • C Dalin
  • M G Akyurek
  • L M Lindahl
  • P Nilsson
  • J Bergo
Le Gal, K., Ibrahim, M. X., Wiel, C., Sayin, V. I., Akula, M. K., Karlsson, C., Dalin, M. G., Akyurek, L. M., Lindahl, P., Nilsson, J., and Bergo, M. O. (2015). Sci Transl Med 7, 308re308
  • B D'autreaux
  • M B Toledano
D'Autreaux, B., and Toledano, M. B. (2007). Nat Rev Mol Cell Biol 8, 813-824
  • Salas-Silva
Salas-Silva, et al. Mens. Bioquim. 41 (2017): 108-115
Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X Comité Editorial
  • Mensaje Bioquímico
Mensaje Bioquímico. Todos los derechos reservados. ISSN-0188-137X Comité Editorial: Cárdenas Monroy, C.A.; González Andrade, M.; Lara Lemus, R.; Martínez González, J.J.; Molina Jijón, E.; Torres Durán, P.V. Publicado por el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina; UNAM.
  • D Clavijo-Cornejo
  • M Gutierrez-Carrera
  • M Palestino-Dominguez
  • M Dominguez-Perez
  • N Nuno
  • V Souza
  • R U Miranda
  • D Kershenobich
  • M C Gutierrez-Ruiz
  • L Bucio
  • L E Gomez-Quiroz
Clavijo-Cornejo, D., Gutierrez-Carrera, M., Palestino-Dominguez, M., Dominguez-Perez, M., Nuno, N., Souza, V., Miranda, R. U., Kershenobich, D., Gutierrez-Ruiz, M. C., Bucio, L., and Gomez-Quiroz, L. E. (2014). Food Chem Toxicol 69, 102-108