Diferencias genéticas entre ratas abstemias (UChA) y bebedoras de alcohol (UChB) en los genes de siete subunidades del complejo I codificadas en el genoma mitocondrial

Abstract

La predisposición al alcoholismo está en gran parte determinada por factores genéticos que son difíciles de abordar en humanos, por lo que se han desarrollado en el mundo líneas de ratas bebedoras y no bebedoras de alcohol para estudiar los factores permisivos y protectores del alcoholismo. En Chile se encuentran la línea UChA (Universidad de Chile, Abstemias) y la línea UChB (Universidad de Chile, Bebedoras) que corresponden a ratas derivadas de la cepa Wistar. Las ratas UChA beben entre 0,1 y 1 g de etanol/kg/día, en cambio las ratas UChB beben entre 4 y 6 g/kg/día.

En la ratay el hombre la metabolización del etanol ocurre principalmente en el hígado, donde la deshidrogenasa alcohólica (ADH) transforma el etanol en acetaldehído que es transformado en acetato por la deshidrogenasa aldehídica mitocondrial (ALDH2). La ADH y la ALDH2 utilizan NAD+ como cofactor en las reacciones de oxidación.

El linaje UChA se diferencia del linaje UChB en el gen Aldh2: el alelo Aldh22 se encuentra exclusivamente en el linaje UChA y los alelos Aldh21 y Aldh23 se encuentran en el linaje UChB, siendo el alelo Aldh23 exclusivo del linaje bebedor. Además, el linaje UChA se diferencia del UChB en la capacidad de generación de NAD+ de las mitocondrias: menor en las mitocondrias del linaje UChA que en las del linaje UChB.

En ratas, la variante ALDH23 es suficiente para generar un consumo elevado de alcohol, independientemente de la mitocondria que posean. En cambio, la variante ALDH22 es necesaria pero no suficiente para determinar un bajo consumo de alcohol, fenotipo que sí se manifiesta cuando, además de la ALDH22, las ratas tienen mitocondrias de menor capacidad de generar NAD+. Las diferencias en las capacidades respiratorias mitocondriales se deben al complejo I (deshidrogenasa de NADH) formado por 46 subunidades. Nueve de ellas son de herencia exclusivamente materna, dos codificadas en el cromosoma X y siete en el genoma mitocondrial. En esta memoria se estudiaron los genes mitocondriales que codifican subunidades del complejo I de las ratas UChA y UChB con el propósito de identificar las bases moleculares de las diferencias bioquímicas entre ambos linajes.

Se amplificaron, secuenciaron y analizaron, de cinco ratas UChA (Aldh22/Aldh22) y cinco ratas UChB (Aldh23/Aldh23), siete genes mitocondriales que codifican sendas subunidades del complejo I mitocondrial. No se encontró heteroplasmia puesto que hay un sólo tipo de mitocondria por linaje, es decir, para cada gen, las cinco ratas UChA son iguales entre sí y las cinco ratas UChB también son iguales entre sí.

Se encontró que las ratas UChA (no bebedoras) y UChB (bebedoras de alcohol) se diferencian en los genes mitocondriales Nd1, Nd2, Nd3, Nd4, Nd5 y Nd6 del complejo I. No se encontraron diferencias nucleotídicas en el gen Nd4L. Los genes Nd1 y Nd3 sólo tienen diferencias nucleotídicas silentes mientras que los genes Nd2, Nd4, Nd5 y Nd6 tienen además diferencias nucleotídicas conducentes a cambios aminoacídicos, por lo que ambos linajes difieren en cuatro proteínas. Las subunidades ND2 se diferencian en cuatro posiciones aminoacídicas, (UChA/UChB) posiciones 150 (Ser/Asn), 265 (Thr/Ala), 304 (Met/Thr) y una inserción de histidina en la posición 318 (His/---). Estas variaciones aminoacídicas en la proteína ND2 determinan cambios estructurales que se manifiestan de manera evidente en un modelo tridimensional y en el número de segmentos de transmembrana: nueve en el linaje UChA y diez en el linaje UChB. Las subunidades ND4 se diferencian en las posiciones 23 (Thr/Ile) y 419 (Pro/Leu), las subunidades ND5 se diferencian en la posición 37 (Val/Ile) y las subunidades ND6 en la posición 139 (Val/Ile).

Siete de las catorce secuencias genéticas obtenidas en este trabajo son variantes nuevas entre los roedores: los genes Nd1, Nd5 y Nd6 de ambos linajes y el gen Nd4 del linaje UChA. Las secuencias aminoacídicas deducidas de la subunidad ND5 de los linajes UChA y UChB y la secuencia aminoacídica deducida de la subunidad ND4 del linaje UChA corresponden a secuencias proteicas nuevas entre los roedores.

Concluyendo, los polimorfismos génicos aquí reportados en subunidades del complejo I mitocondrial, en especial los responsables de variaciones aminoacídicas, pueden establecer nuevos factores (permisivos o protectores) de herencia exclusivamente materna que influyen en la capacidad mitocondrial de regenerar el NAD+ y, por lo tanto, en el consumo de alcohol.