Aplicación de técnicas proteómicas de alta resolución al estudio de la obesidad y la diabetes tipo 2: análisis de la disfunción mitocondrial en el tejido adiposo humano

Memoria presentada por la licenciada en Biología María Gómez Serrano para optar al grado de Doctor por la Universidad Autónoma de Madrid.[ES] La obesidad se considera la nueva pandemia del siglo XXI. La población mundial envejece cada día más y paralelamente las cifras de personas que padecen sobrepeso y obesidad aumentan de forma abrumadora, lo que se traduce en un aumento de la incidencia de patologías como la diabetes tipo 2 (DM2), enfermedad cardiovascular (ECV) o cáncer. La acumulación excesiva de grasa en obesidad conlleva la disfunción del tejido adiposo, lo cual provoca la disrupción de la homeostasis metabólica y el desarrollo de comorbilidades. En los últimos años, la mayoría de abordajes proteómicos que han intentado estudiar la obesidad y sus patologías asociadas han recurrido a modelos animales, limitando las conclusiones de sus estudios. Además, apenas existen referencias en la literatura que hayan utilizado estrategias proteómicas de alta resolución para analizar el tejido adiposo humano. En esta Tesis Doctoral se describen los cambios sufridos por el proteoma del tejido adiposo visceral de individuos obesos con el envejecimiento y la DM2, así como por el dimorfismo sexual en pacientes diabéticos. Además del análisis de proteínas individuales, en este trabajo se aplican herramientas de Biología de Sistemas para evaluar los cambios del proteoma desde una perspectiva global y dinámica. En el estudio del dimorfismo sexual se encontraron diferencias en el grado de inflamación, la respuesta inmune y la maquinaria antioxidante, así como en la morfología del tejido adiposo. Los estudios de proteómica diferencial de envejecimiento y DM2 mostraron alteraciones en procesos biológicos comunes, como la remodelación de la matriz extracelular o la función mitocondrial, aunque los perfiles proteicos afectados en cada caso fueron distintos. Debido a la importancia de la disfunción mitocondrial y el estrés oxidativo en el binomio envejecimiento-DM2, también se llevaron a cabo estudios proteómicos para analizar el proteoma mitocondrial de adipocitos aislados del tejido adiposo, así como sus modificaciones oxidativas (proteómica redox). Los cambios en el proteoma mitocondrial confirmaron los resultados encontrados a nivel de tejido adiposo total destacando la alteración de la cadena de transporte electrónico. Mientras que con el envejecimiento se observó una disminución global de los complejos mitocondriales, con la DM2 se encontraron diferencias entre los módulos de los complejos que estaban codificados por el genoma mitocondrial y el nuclear, lo que indicaría posibles defectos en el ensamblaje de los complejos y en el transporte de proteínas a la mitocondria. Además, se demostró por primera vez una relación inversa entre la abundancia de las proteínas y su nivel de oxidación, siendo esta relación más drástica en DM2 que en envejecimiento. Finalmente, en esta Tesis Doctoral se muestran una serie de estudios funcionales que señalan al complejo IV como nexo de unión entre el envejecimiento y el desarrollo de DM2, dos procesos ligados al estrés oxidativo y a la disfunción mitocondrial.[EN] Obesity has become the new epidemic of the 21st Century. The human population is getting older and the number of overweight and obese people is dramatically increasing. Accordingly, the incidence of such pathologies as type 2 diabetes (T2DM), cardiovascular disease (CVD) and cancer is increasing worldwide. In obesity, excessive accumulation of fat entails adipose tissue dysfunction, which in turn disrupts the metabolic homeostasis with subsequent development of comorbidities. In the last years, most proteomic approaches studying obesity and its associated pathologies have relied on animal models, which has limited the conclusions of their studies. In addition, few references in the literature have applied high-throughput proteomic techniques to the study of human adipose tissue. This Doctoral Thesis describes the proteome changes undergone by human adipose tissue from obese patients as a consequence of aging and T2DM processes, as well as those changes arising from sexual dimorphism in diabetic patients. Together with the analysis of individual proteins, the application of Systems Biology tools in this work has provided a proteome-wide perspective of these pathologies. The gender-specific hallmarks discovered in diabetic patients were related to the antioxidant machinery, the immune response and the adipose tissue morphology. Both the aging and T2DM processes were associated with mitochondrial and extracellular matrix remodelling, albeit through well-differentiated proteome changes. As oxidative stress has been tightly related to mitochondrial dysfunction in both the aging and T2DM processes, we have tackled the impact of these conditions on adipocyte mitochondria from obese patients. For that we have assessed not only the protein abundance changes, but also the dynamic redox modifications undergone by corresponding mitochondrial proteins. Alterations to the mitochondrial proteome revealed specific hallmarks in aging and T2DM, confirming our previous results on total adipose tissue. While a global decrease of oxidative phosphorylation (OXPHOS) subunits was found in aging, diabetic patients exhibited a decrease of specific OXPHOS complexes. In particular, OXPHOS mitochondrial- vs. nuclear-encoded protein modules were found altered in T2DM, suggesting impaired mitochondrial protein translocation and complex assembly. Under both conditions, evidence is shown for the first time of a link between increased thiol protein oxidation and decreased protein abundance in adipose tissue mitochondria, although this association was stronger in T2DM. Finally, we performed some functional studies on adipocyte mitochondria which highlighted complex IV as a common target connecting the oxidative hallmarks of T2DM and aging progression.Este trabajo ha podido realizarse gracias una beca predoctoral del Programa de Formación del Personal Investigador de la Universidad Autónoma de Madrid (FPI-UAM) y a la financiación del proyecto SAF2012-33014 del Plan Nacional de I+D+i (Ministerio de Economía y Competitividad)Peer reviewe