Mitochondria-to-cytosol H2O2 fluxes in redox biology

Abstract

Los efectos del H2O2 en la fisiología celular, como oxidante y como señalizador es un campo que aún esta en expansión. Para intentar desvelar como ocurren estos fenómenos, hemos utilizado sondas codificadas genéticamente que son capaces de detectar concentraciones nano molares de H2O2. Para poder desarrollar esta propuesta, primero hemos creado una nueva sonda de la familia de los roGFP, fusionando la peroxiredoxina de Schizosaccharomyces pombe Tpx1. Esta sonda llamada roGFP2-Tpx1.C169S ha resultado ser la mas sensible para detectar en el citosol cambios metabólicos que modifican el estado redox de la célula. Con ella hemos conseguido valorar comparando expresión en diferentes eucariotas que el gradiente de H2O2 extracelular-intracelular es similar en todos ellos, en torno a 300:1, y que las concentraciones fisiológicas de H2O2 estarían sobre 3 nM. En combinación con la sonda HyPer7 hemos establecido que los niveles de H2O2 son mas elevados en la matriz mitocondrial y que Tpx1, es la proteína que gobierna los gradientes inter compartimentales. Aprovechando esta información y con una nueva herramienta quimio genética hemos expresado dentro de la mitocondria un generador de H2O2. Así, hemos podido caracterizar así los gradientes de salida de H2O2 de la mitocondria, y las señales antiestrés que se pueden activar.

The roles of H2O2 on cellular physiology, as an oxidant and as a signaling molecule, is a field that is still expanding. To reveal how these phenomena occur, we have used genetically encoded reporters that are capable of detecting nano-molar concentrations of H2O2. In order to develop this proposal, we have first created a new probe from the roGFP family fusing peroxiredoxin of Schizosaccharomyces pombe, Tpx1. This probe called roGFP2-Tpx1.C169S has turned out to be the most sensitive for detecting metabolic changes in the cytosol that modify the redox state of the cell. With it we have managed to assess by comparing expression in different eukaryotes that the extracellular-to-intracellular H2O2 gradient is similar, around 300:1 in all of them, and that the physiological concentrations of H2O2 would be above 3 nM. In combination with the HyPer7 probe we have established that H2O2 levels are higher in the mitochondrial matrix, and that Tpx1 is the protein that governs intercompartmental gradients. Taking advantage of this information and with a new chemogenetic tool, we have expressed a H2O2 generator within the mitochondria. Thus, being able to characterize the H2O2 output gradients from the mitochondria, and the anti-stress signals that can be activated