Análisis estructural de mutaciones en el ARN ribosómico mitocondrial de Homo sapiens encontradas en pacientes con sordera

Abstract

[Resumen] Debido a la importancia de las mitocondrias en los procesos de respiración y supervivencia celular, así como a la de los ribosomas en la traducción de proteínas, las mutaciones en las secuencias de ADN mitocondrial que codifican los ARN ribosómicos mitocondriales podrían causar disfunciones mitocondriales y, en última instancia, patologías como la sordera. Gracias al creciente número de estructuras tridimensionales de alta resolución de mitorribosomas de mamíferos y ribosomas heterólogos, al desarrollo de programas informáticos de análisis estructural y al establecimiento de métodos de estudio como el Análisis Inferencial Heterólogo, podemos examinar las mutaciones encontradas e incluso inferir su poder disruptivo y su relación con la enfermedad. Partiendo de la premisa de que las mutaciones ototóxicas encontradas en los ARN ribosomales mitocondriales humanos podrían causar una disminución de la fidelidad mitocondrial debido a un aumento de las tasas de error durante el proceso de descodificación, y dado que hasta ahora no ha sido posible medir la fidelidad mitocondrial in vivo debido a las barreras físicas y metodológicas para estudiar a las mitocondrias dentro de los sistemas celulares, nuestro grupo se propuso determinar el potencial poder disruptivo de una cohorte de 78 mutaciones encontradas en los genes 12S y 16S del ARN ribosómico mitocondrial que se han relacionado (o al menos se sospecha que están relacionadas) con la sordera. De las 78 mutaciones (véase el Anexo), en las que nos centramos casi exclusivamente en realizar un análisis de conservación, se descartaron todas aquellas que no pueden considerarse universalmente conservadas para así continuar con un análisis estructural algo más profundo. De las cuatro mutaciones finalmente seleccionadas, mt. A801G, mt. A827G, mt. C1226G y mt. A1557C, pudimos confirmar el poder disruptivo previamente predicho de la mutación mt. A1557C en las estructuras mitorribosómicas. En cuanto a las otras tres mutaciones analizadas, sospechamos que la mt. A801G tiene poco, o ningún, poder disruptivo. Finalmente, sobre las mutaciones mt. A827G y mt. C1226G no podemos afirmar más allá del hecho de que los datos apuntan a un potencial poder disruptivo en ambos casos, aunque serían necesarios más análisis tanto a nivel molecular en Homo sapiens como en organismos heterólogos, como a nivel estructural mediante Análisis Inferencial Heterólogo.

[Resumo] Debido á importancia das mitocondrias nos procesos de respiración e supervivencia celular, así como a dos ribosomas na tradución de proteínas, as mutacións nas secuencias de ADN mitocondrial que codifican os ARN ribosómicos mitocondriais poden provocar a disfunción mitocondrial e, en definitiva, conducir a patoloxías como a xordeira. Grazas ao crecente número de estruturas tridimensionais de alta resolución de mitorribosomas de mamíferos e ribosomas heterólogos, ao desenvolvemento de software de análise estrutural e ao establecemento de métodos de estudo como a Análise Inferencial Heteróloga, podemos examinar as mutacións atopadas e mesmo inferir o seu potencial poder disruptivo e a súa relación coa enfermidade. Partindo da premisa de que as mutacións ototóxicas atopadas nos ARN ribosómicos mitocondriais humanos poderían provocar unha diminución da fidelidade mitocondrial debido ao aumento das taxas de erro durante o proceso de decodificación, e dado que non foi posible medir a fidelidade mitocondrial in vivo debido as barreiras físicas e metodolóxicas que impiden estudar as mitocondrias dentro dos sistemas celulares, o noso grupo decidiu determinar o potencial poder disruptivo dunha cohorte de 78 mutacións atopadas nos xenes 12S e 16S do ARN ribosómico mitocondrial que están relacionadas (ou, polo menos, son sospeitosas de estalo) coa xordeira. Das 78 mutacións (ver Anexo), nas que nos centramos case exclusivamente na realización de análises de conservación, descartáronse todas aquelas que non poden considerarse como universalmente conservadas para así continuar con unha posterior análise estrutural. Así, das catro mutacións finalmente seleccionadas, mt. A801G, mt. A827G, mt. C1226G e mt. A1557C, puidemos confirmar o poder disruptivo previamente previsto da mutación mt. A1557C en estruturas mitoribosómicas. Para as outras tres mutacións analizadas, sospeitamos que a mt. A801G ten pouco, ou ningún, poder disruptivo. Finalmente, sobre as mutacións mt. A827G e mt. C1226G non podemos afirmar máis aló do feito de que os datos apuntan a un potencial poder disruptivo en ámbolos dous casos, aínda que son necesarias máis análises tanto a nivel molecular en Homo sapiens como en organismos heterólogos, como a nivel estrutural mediante Análise Inferencial Heteróloga.

[Abstract] Due to mitochondria's importance in the processes of cellular respiration and survival as well as ribosomes' importance in protein translation, mutations in mitochondrial DNA sequences coding for mitochondrial ribosomal RNAs could cause mitochondrial dysfunction and, ultimately, pathologies such as deafness. As a result of the growing number of three-dimensional structures of high-resolution mammalian mitoribosomes and heterologous ribosomes, the development of structural analysis software, and the establishment of study methods such as Heterologous Inferential Analysis, we can examine the mutations found and even infer their disruptive power and relationship with disease. Based on the premise that the ototoxic mutations found in human mitochondrial ribosomal RNAs could cause decreased mitochondrial fidelity due to increased error rates during the decoding process, and since it has so far not been possible to measure mitochondrial fidelity in vivo due to physical and methodological barriers to studying mitochondria within cellular systems, our group set out to determine the potential disruptive power of a cohort of 78 mutations found in the 12S and 16S mitochondrial ribosomal RNA genes that have been linked (or at least are suspected to be linked) to deafness. Of the 78 mutations (see Appendix) on which we focused almost exclusively on performing a conservation analysis, all those that cannot be considered universally conserved were discarded in order to continue with a slightly more in-depth structural analysis. Thus, of the four mutations finally selected, mt. A801G, mt. A827G, mt. C1226G and mt. A1557C, we could confirm the previously predicted disruptive power of the mt. A1557C mutation in the mitoribosomal structures. For the other three mutations analyzed, we suspect that mt. A801G has little, if any, disruptive power. Finally, regarding the mt. A827G and mt. C1226G mutations, we couldn´t affirm beyond the fact that the data point to a potential disruptive power in both cases, although further analysis would be necessary both at the molecular level in Homo sapiens and in heterologous organisms, as well as at the structural level using Heterologous Inferential Analysis.