El oxígeno es un elemento esencial para la supervivencia. El calentamiento de los océanos, el ritmo circadiano, la eutrofización, la acuicultura de alta densidad, los cortes de energía y el transporte de peces vivos pueden provocar niveles bajos de oxígeno en el agua. Esta reducción de oxígeno puede afectar la salud de los animales acuáticos, lo que podría provocar daños ecológicos o pérdidas económicas.
La concentración de oxígeno disuelto en el agua afecta significativamente la supervivencia, el desarrollo, el crecimiento y la estructura poblacional de los peces. Es un factor ambiental clave que determina el éxito de la acuicultura. La vía de señalización de la hipoxia mediada por el factor inducible por hipoxia (HIF) desempeña un papel fundamental a la hora de influir en la adaptación y la tolerancia a la hipoxia (oxígeno insuficiente).
Comprender las complejidades de esta regulación revela información valiosa sobre cómo los organismos se adaptan y toleran las condiciones hipóxicas. Un estudio de científicos del Institute of Hydrobiology, Hubei Hongshan Laboratory, de la University of Chinese Academy of Sciences y de The Innovation of Seed Design arroja luz sobre un actor fundamental en esta sinfonía biológica: la proteasa 3 específica de ubiquitina (Usp3) en el pez cebra.
Actividad de la PHD
En condiciones hipóxicas, la actividad de las prolil hidroxilasas (PHD) disminuye, lo que lleva a la estabilización y acumulación de proteínas HIFα. Las proteínas HIFα estabilizadas se dimerizan con las proteínas HIF1β, se translocan al núcleo e inducen la transcripción de genes implicados en la adaptación o tolerancia a la hipoxia.
Los factores que influyen en la vía de señalización de la hipoxia afectan principalmente a la estabilidad de la proteína HIFα. Por lo tanto, identificar y analizar los factores reguladores de la vía de señalización de la hipoxia nos ayudará a comprender el mecanismo de adaptación a la hipoxia y la tolerancia a la hipoxia en los peces.
El rol de la ubiquitina
Recientemente, un equipo de investigadores en China descubrió que la falta de proteasa 3 específica de ubiquitina (usp3) mejoraba significativamente la capacidad hipóxica del pez cebra y reveló el mecanismo de usp3 mediante la inhibición de la vía de señalización hipóxica y la tolerancia hipóxica en el pez cebra.
Los hallazgos del equipo, publicados en la revista Water Biology and Security, revelaron una nueva función de usp3 para influir en la señalización de la hipoxia y mostraron que la degradación de HIF-1α mediada por tusp3 altera la señalización de la hipoxia, lo que lleva a una disminución en la tolerancia a la hipoxia.
Los científicos hallaron que Usp3 se une específicamente a hif-1αa, induciendo su degradación proteasomal a través de su actividad deubiquitinasa. Este proceso único da como resultado la supresión de la señalización de hipoxia en condiciones de bajo oxígeno.
«Descubrimos que la ausencia de proteasa 3 específica de ubiquitina (usp3) en el pez cebra mejora la tolerancia a la hipoxia», dice Wuhan Xiao, coautor correspondiente del estudio. «Específicamente, el pez cebra usp3 se une exclusivamente a HIF-1αa y desencadena su degradación proteasomal, un proceso que depende de su actividad deubiquitinasa. Este mecanismo da como resultado la atenuación de la señalización de hipoxia durante condiciones hipóxicas».
Además, usp3 facilita la desubiquitinación de HIF-1αa poliubiquitinado con K63. La evidencia endógena respalda que la USP3 de los mamíferos refleja el papel regulador de la USP3 del pez cebra en la modulación de la actividad de HIF-1α.
Implicaciones y perspectivas futuras
El descubrimiento de la participación de Usp3 en la tolerancia a la hipoxia abre un nuevo capítulo en nuestra comprensión de la homeostasis del oxígeno. Al descifrar los mecanismos a través de los cuales Usp3 influye en la vía de señalización de la hipoxia mediada por HIF, los investigadores obtienen información valiosa sobre posibles estrategias terapéuticas para afecciones que implican privación de oxígeno.
Conclusión
“En este estudio, informamos que bajo hipoxia, el pez cebra usp3 se une específicamente a hif-1αa e induce su degradación proteasomal, lo que lleva a la supresión de la señalización de hipoxia. Utilizando un modelo in vivo, encontramos que la pérdida de usp3 promueve la tolerancia a la hipoxia en el pez cebra”, concluyeron los investigadores.
A medida que los investigadores desentrañan los intrincados mecanismos a través de los cuales Usp3 influye en la degradación de HIF-1α, el potencial de intervenciones terapéuticas en afecciones relacionadas con la hipoxia se vuelve cada vez más prometedor.
Este estudio marca un paso significativo en la comprensión de los matices moleculares de la tolerancia a la hipoxia, con Usp3 ocupando un lugar central.
El estudio ha sido financiado por NSFC y The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences.
Contacto
Wuhan Xiao
Institute of Hydrobiology
Chinese Academy of. Sciences, PR China.
Email: w-xiao@ihb.ac.cn
Jing Wang
Wuhan Xiao
Institute of Hydrobiology
Chinese Academy of. Sciences, PR China.
Email: wangjing@ihb.ac.cn
Referencia (acceso abierto)
Li, J., Zhou, Z., Cai, X., Song, Y., Li, Z., Li, Z., … & Wang, J. (2024). Zebrafish usp3 loss promotes hypoxic tolerance by disrupting deubiquitination of K63-polyubiquitinated hif-1αa. Water Biology and Security, 100245.
