Bcl-2/adenowirus E1B 19-kDa oddziałujące białko 1 (BNIP1), które jest zlokalizowane głównie w retikulum endoplazmatycznym (ER), jest białkiem proapoptotycznym Bcl-2 homology domain 3 (BH3) - tylko białko. Tutaj pokazujemy, że ekspresja BNIP1 indukowała nie tylko wysoce połączoną sieć ER, ale także mitochondria fragmentację w sposób zależny od domeny BH3. Analiza funkcjonalna wykazała że ekspresja BNIP1 zwiększała ekspresję białka związanego z dynaminą 1 (Drp1) a następnie mitochondrialną translokację Drp1 i późniejsze mitochondrialne rozszczepienie. Zarówno indukowane przez BNIP1 rozszczepienie mitochondriów, jak i translokacja Drp1 zostały zniesione przez nadekspresję Bcl-2. Wyniki te łącznie wskazują, że specyficzne dla ER BNIP1 odgrywa ważną rolę w dynamice mitochondriów poprzez modulowanie białka rozszczepienia mitochondrialnego Drp1 w sposób zależny od domeny BH3 sposób. --- Uważa się, że dynamika mitochondriów jest skoordynowana z ruchem endosomalnym podczas przebudowy cytoszkieletu. podczas przebudowy cytoszkieletu, ale zaangażowane mechanizmy są w dużej mierze nieznane. Białko ORF4 wczesnego regionu 4 adenowirusa (E4orf4) podważa sygnalizację przez kinazy z rodziny Src (SFK), zaburzając morfologię komórkową, ruch błonowy, i dynamikę organellarną oraz do wywołania śmierci komórki. Używając E4orf4 jako modelu, my odkryliśmy funkcjonalne połączenie między białkami kształtującymi mitochondria a małą GTPazą Rab11a, kluczowym regulatorem spolaryzowanego transportu przez recykling endosomy. Odkryliśmy, że E4orf4 indukował dramatyczne zmiany w morfologii mitochondriów wraz z ich mobilizacją w pobliżu spolaryzowanej sieci aktynowej. w sposób kontrolowany przez SFK i Rab11a. Przebudowa mitochondriów była związana ze zwiększoną bliskością między Rab11a i błonami mitochondrialnymi, zmianami w dynamice fuzji i rozszczepienia oraz mitochondrialną relokalizacją czynnika rozszczepienia białka związanego z dynaminą 1 (Drp1), który był regulowany przez białko efektorowe Rab11a FIP1/RCP. Zablokowanie FIP1/RCP lub zahamowanie Drp1 znacznie upośledziło przebudowę mitochondriów i montaż aktyny, w tym dynamika mitochondriów, w której pośredniczy Rab11a sygnalizacji indukowanej przez E4orf4. Podobna mobilizacja mitochondriów w pobliżu struktur bogatych w aktynę Rab11 i Drp1 w komórkach transformowanych wirusem Src i przyczyniała się do biogenezy podocytów. przyczyniała się do biogenezy rozet podosomowych. Odkrycia te sugerują rolę Rab11a w transporcie Drp1 do mitochondriów po aktywacji SFK i odkrywają nową funkcjonalną interakcję między Rab11a i mitochondriami podczas przekształcania cytoszkieletu komórki, co ułatwiłoby mitochondriom redystrybucję w pobliżu struktur bogatych w aktynę, które wymagają energii. --- Powszechnie wiadomo, że fragmentacja mitochondriów odgrywa kluczową rolę w patogenezie choroby Alzheimera (AD). patogenezie choroby Alzheimera (AD). W rozszczepianiu mitochondriów pośredniczy białko związane z dynaminą 1 (Drp1), które ulega silnej ekspresji w układzie nerwowym i jest regulowane przez różne modyfikacje potranslacyjne, w tym fosforylację. Zidentyfikowaliśmy zależną od kinazy syntazy glikogenu (GSK) 3β fosforylację Drp1 na Ser(40) i Ser(44), co zwiększa aktywność GTPazy Drp1 i jej mitochondrialną dystrybucję. jego dystrybucję mitochondrialną i może indukować fragmentację mitochondriów. Co więcej, neurony transfekowane fosfomimetykiem Drp1 Ser(40)Ser(44) wykazywały zwiększoną fragmentację mitochondriów i były bardziej podatne na amyloid-β (Aβ) - indukowaną apoptozę. Dlatego blokowanie fosforylacji Drp1 indukowanej przez GSK3β może być skutecznym sposobem ochrony neuronów przed toksycznością Aβ. Aby rozwiązać ten problem zaprojektowaliśmy i zsyntetyzowaliśmy sztuczny polipeptyd o nazwie TAT-Drp1-SpS, który może specyficznie blokować fosforylację Drp1 indukowaną przez GSK3β. Nasze wyniki wykazały, że leczenie TAT-Drp1-SpS może znacznie zmniejszyć indukowaną przez Aβ apoptozę neuronów w hodowanych neuronach. W szczególności, podawanie TAT-Drp1-SpS w hipokampie hipokampa Cornu Ammonis 1 (CA1) znacznie zmniejszyło obciążenie Aβ i u myszy transgenicznych z AD. Chociaż Aβ ma wiele celów, aby wywierać swoją neurotoksyczność, nasze odkrycia sugerują, że indukowana przez GSK3β fragmentacja mitochondriów była, przynajmniej częściowo, pośredniczona przez toksyczność Aβ i przyczyniają się do patogenezy AD. Podsumowując, indukowana przez GSK3β fosforylacja Drp1 stanowi nowy mechanizm fragmentacji mitochondriów w chorobie Alzheimera. AD, a nasze odkrycia sugerują nową strategię terapeutyczną dla AD. --- Białko 1 związane z mechanoenzymem dynaminą odgrywa ważną rolę w rozszczepianiu mitochondriów. rozszczepieniu mitochondriów i jest zaangażowany w fizjologię komórek. Dysregulacja Drp1 jest związana z nieprawidłową dynamiką mitochondriów i uszkodzeniem neuronów. Drp1 wykazuje strukturalne i funkcjonalne podobieństwa do dynaminy 1 w odniesieniu do organizacji domeny w odniesieniu do organizacji domeny, zdolności do samoorganizacji w spiralne oligomery i rozszczepiania błony zależnego od cyklu GTP. Badania strukturalne ludzkiej dynaminy-1 znacznie poprawiły zrozumienie tego prototypowego członka nadrodziny dynamin. nadrodziny dynamin. Jednak informacje strukturalne o wysokiej rozdzielczości dla pełnej długości ludzkiej Drp1 obejmującej domenę GTPazy, domenę środkową i domenę efektorową domenę efektorową GTPazy (GED). W celu uzyskania mechanistycznych wgląd w aktywność katalityczną, wolne od nukleotydów białko fuzyjne GTPaza-GED ludzkiej Drp1 uległo ekspresji, oczyszczeniu i krystalizacji. Wstępne eksperymenty dyfrakcji rentgenowskiej eksperymenty dyfrakcji rentgenowskiej dały dane o rozdzielczości 2,67 Å. Kryształy w kształcie sześciokąta należały do grupy przestrzennej P2(1)2(1)2, z parametrami komórki elementarnej a = 53.59, b = 151.65, c = 43.53 Å, jedną cząsteczką na jednostkę asymetryczną i rozpuszczalnikiem 42%. Ekspresja białka znakowanego selenometioniną jest obecnie w toku. w toku. Tutaj ekspresja, oczyszczanie, krystalizacja i analiza dyfrakcji rentgenowskiej dyfrakcji rentgenowskiej białka fuzyjnego Drp1 GTPaza-GED, które stanowią podstawę do bardziej szczegółowej analizy strukturalnej i biofizycznej. --- UZASADNIENIE: Rola parkiny w sercu jest niejasna. Zarodkowe myszy z nokautem Parkin mają normalne serca, ale Parkin działa ochronnie w przypadku niedokrwienia serca. Mitofagia, w której pośredniczy Parkin, jest podobno albo nieistotna, albo głównym czynnikiem w śmiertelnej kardiomiopatii wywołanej przez specyficzne dla miocytów serca przerwanie białko związane z dynaminą 1 (Drp1) - za pośrednictwem rozszczepienia mitochondriów. CEL: Zrozumienie roli mitofagii, w której pośredniczy Parkin, w prawidłowym i sercach dorosłych myszy z defektem rozszczepienia mitochondriów. METODY I WYNIKI: Parkin mRNA i białko były obecne na niskim poziomie w normalnych sercach myszy. normalnych sercach myszy, ale były regulowane w górę po delecji genu Drp1 u dorosłych myszy. Samodzielna, wymuszona nadekspresja Parkin w miocytach serca aktywowała mitofagię bez negatywnych skutków. Podobnie, specyficzna dla miocytów serca delecja delecja Parkiny nie wywoływała fenotypu dorosłego serca, ujawniając brak istotnej funkcji funkcji i tolerancji mitofagii, w której pośredniczy Parkin, w normalnych sercach. Jednoczesna warunkowa delecja Parkin z ablacją Drp1 w sercach dorosłych myszy zapobiegała regulacji Parkin w mitochondriach serc z defektem rozszczepienia, również zwiększając 6-tygodniowe przeżycie, poprawiając wydajność wyrzutu komorowego, łagodząc niekorzystną przebudowę serca i zmniejszając martwicę miocytów serca i zwłóknienie zastępcze. U podstaw ratowania przez nokaut Parkin leżała supresja indukowanej przez Drp1 hiper-mitofagii, ocenianej jako ubikwitynacja białek mitochondrialnych i mitochondriów białek i mitochondrialnego połączenia autofagosomalnego p62/sequestosome 1 (SQSTM1) i przetworzonego białka związanego z mikrotubulami 1 łańcuch lekki 3 (LC3-II). W konsekwencji zawartość mitochondriów w sercach z niedoborem Drp1 została zachowana. Delecja parkiny nie zmieniła charakterystycznego powiększenia mitochondriów miocytów serca z niedoborem Drp1. WNIOSKI: Parkina jest rzadka w normalnych sercach i jest zbędna dla konstytutywnej mitofagicznej kontroli jakości. Ablacja Drp1 w miocytach serca dorosłych myszy nie tylko nie tylko przerywa rozszczepienie mitochondriów, ale także znacznie reguluje Parkin, w ten sposób prowokując mitofagiczne zubożenie mitochondriów, które przyczynia się do śmiertelnej kardiomiopatii. kardiomiopatii. --- Neurony zwojów korzenia grzbietowego (DRG) ulegają degeneracji w neuropatii cukrzycowej (DN) i wykazują uszkodzenie mitochondriów. Badaliśmy mitochondria hodowanych neuronów DRG narażonych na wysokie stężenie glukozy jako model in vitro DN. Wysoki poziom glukozy sekwencyjnie zwiększa ekspresję, aktywację i lokalizację proapoptotycznych białek białek Bim i Bax oraz mitochondrialnego białka rozszczepialnego regulowanego dynaminą białko 1 (Drp1). Wysoki poziom glukozy powoduje asocjację Drp1/Bax, podobnie jak inne bodźce bodźce apoptotyczne. Łącznie, zdarzenia te promują fragmentację mitochondriów fragmentację i zmniejszają liczbę mitochondriów, co sugeruje apoptotyczne rozszczepienie mitochondriów. rozszczepienie mitochondriów. Drp1 jest również regulowany w górę w DRG od eksperymentalnie szczurów z cukrzycą, co sugeruje rolę rozszczepienia mitochondriów w DN. Insulinopodobny czynnik wzrostu-I (IGF-I) chroni neurony DRG poddane działaniu wysokiej glukozy, zapobiegając mitochondrialnej akumulacji Bim i Bax, ale nie moduluje ekspresji Drp1 lub lokalizacji. Proponujemy, aby mitochondria były zagrożone przez konwergencję białek Bim/Bax z Drp1. Bim/Bax z Drp1, co przyczynia się do uszkodzenia neuronów DRG wywołanego wysokim poziomem glukozy. neuronach DRG. --- Mitochondria w komórkach składają się z sieci rurkowo-pęcherzykowej kształtowanej w sposób ciągły przez komplementarnych zdarzeń rozszczepienia i fuzji. Białko Drp1 ssaków odgrywa kluczową rolę odgrywa kluczową rolę w rozszczepieniu, podczas gdy Mfn1, Mfn2 i OPA1 są wymagane do fuzji. Zmiany w równowagi między tymi przeciwstawnymi procesami mogą wystąpić szybko, co wskazuje, że modyfikacje tych białek mogą regulować dynamikę błony mitochondrialnej. My podkreślamy potranslacyjne modyfikacje mitochondrialnego białka rozszczepialnego Drp1, dla którego te mechanizmy regulacyjne są najlepiej scharakteryzowane. Ta GTPaza związana z dynaminą przechodzi szereg etapów, aby pośredniczyć w rozszczepieniu mitochondriów. rozszczepienia mitochondriów, w tym translokację z cytoplazmy do zewnętrznej błony mitochondrialnej. w spiralę, hydrolizę GTP związaną ze zmianą konformacyjną i deformacją błony. zmianą konformacyjną i deformacją błony, a ostatecznie demontażem. Na wiele z tych etapów może zależeć od kowalencyjnej modyfikacji Drp1. Omawiamy dynamiczną naturę modyfikacji Drp1 i sposób, w jaki przyczyniają się one nie tylko do normalnej regulacji podziału mitochondriów, ale także do procesów neuropatologicznych. procesy neuropatologiczne. --- Mechanoenzym białko związane z dynaminą 1 (Drp1) hydrolizuje GTP w celu zasilania rozszczepienie mitochondriów, proces wymagany do biogenezy organelli, kontroli jakości, transportu i apoptozy. kontroli jakości, transportu i apoptozy. Domena homologii pleckstryny dynaminy jest jest niezbędna do celowania i odcinania kanalików lipidowych, ale funkcja odpowiadającej jej domeny zmiennej (VD, ang. odpowiadającej jej zmiennej domeny (VD lub wstawka B) Drp1 jest nieznana. My zastąpiliśmy VD Drp1 panelem sekwencji łącznikowych o różnej długości i składzie struktury drugorzędowej. o różnej długości i składzie struktury drugorzędowej i stwierdziliśmy, że VD jest zbędna dla rekrutacji mitochondrialnej, asocjacji z białkiem kotwiczącym Drp1 Mff (czynnik rozszczepienia mitochondriów) oraz podstawowej i indukowanej protonoforem fragmentacji mitochondriów. fragmentację. Rzeczywiście, kilka mutantów ΔVD konstytutywnie zlokalizowanych w zewnętrznej błonie mitochondrialnej (ang. mitochondrialnej (OMM) i fragmentowały mitochondria bardziej wydajnie niż Drp1 typu dzikiego. Zgodnie z autoinhibicyjną rolą VD, zidentyfikowaliśmy Arg-376 w domenie łodygi Drp1 jako niezbędny do interakcji Mff, montażu w spirali i rozszczepienia mitochondriów. Zmiana długości N- i C-końcowych segmentów α-helikalnych segmentów w łączniku zastępującym VD przekształciła Drp1 z konstytutywnie aktywnego i zlokalizowanego w OMM do nieaktywnego i cytozolowego. Inne hipoaktywne mutanty ΔVD tworzyły stabilne i charakterystycznie ukształtowane agregaty, w tym wydłużone filamenty. Fosforylacja miejsca PKA graniczącego z VD rozłożyła mutanta ΔVD i przyspieszyła dyfuzję cytozolową pełnej długości Drp1. Proponujemy model regulacji rozszczepienia mitochondriów zależnego od Drp1, w którym posttranslacyjne modyfikacje w którym modyfikacje potranslacyjne w lub w pobliżu VD zmieniają konformację błonowo-proksymalnego interfejsu oligomeryzacji, aby wpłynąć na szybkość montażu Drp1 i/lub geometrię. To z kolei moduluje zależne od Arg-376 ukierunkowanie OMM Drp1 poprzez wielowartościowe interakcje z Mff. --- Białko związane z dynaminą 1 (Drp1), duża GTPaza z nadrodziny dynamin, jest jest wymagana do rozszczepienia mitochondriów w zdrowych i apoptotycznych komórkach. Aktywacja Drp1 jest złożonym procesem, który obejmuje translokację z cytozolu do zewnętrznej błony mitochondrialnej błony zewnętrznej (MOM) i łączenie się w pierścienie/spirale w MOM, co prowadzi do zwężenia błony MOM, co prowadzi do zwężenia/podziału błony. Podobnie jak dynaminy, Drp1 zawiera GTPazę (G), element sygnalizacyjny wiązki (BSE) i domeny łodygi. Jednakże, zamiast oddziałującej z lipidami domeny Pleckstrin Homology (PH) obecnej w dynaminach, Drp1 zawiera domenę dynaminach, Drp1 zawiera tak zwaną wstawkę B lub zmienną domenę, która została która odgrywa ważną rolę w regulacji Drp1. Różne białka zostały zostały zaangażowane w rekrutację Drp1 do MOM, chociaż sposób, w jaki zlokalizowany w MOM Drp1 uzyskuje swój w pełni funkcjonalny status pozostaje słabo poznany. Odkryliśmy, że Drp1 może wchodzić w interakcje z czystymi dwuwarstwami lipidowymi wzbogaconymi w specyficzny dla mitochondriów fosfolipid kardiolipinę (CL). Opierając się na naszym poprzednim badania, badamy teraz specyficzność i funkcjonalne konsekwencje tej interakcji. interakcji. Pokazujemy, że moduł czterech lizyn zlokalizowany w obrębie wstawki B Drp1 oddziałuje preferencyjnie z CL w stosunku do innych anionowych lipidów. Ta interakcja dramatycznie zwiększa oligomeryzację Drp1 i stymulowaną montażem hydrolizę GTP. Nasze wyniki znacząco uzupełniają rosnącą liczbę dowodów wskazujących, że CL jest ważnym regulatorem wielu istotnych funkcji mitochondriów. funkcji mitochondriów. --- CELE: Glukokortykoidy, takie jak deksametazon, zwiększają metabolizm energetyczny wątroby i glukoneogenezę częściowo poprzez zmiany w funkcji mitochondriów. Na funkcję mitochondriów wpływa równowaga między fuzją mitochondrialną i rozszczepieniem. Jednak to, czy glikokortykoidy modulują funkcję mitochondriów funkcję poprzez regulację dynamiki mitochondriów jest obecnie nieznana. WYNIKI: Tutaj donosimy, że wpływ deksametazonu na mitochondria i glukoneogenezę w komórkach wątrobiaka są zależne od mitochondrialnego białka rozszczepienia związanego z dynaminą 1 (Drp1). Deksametazon zwiększał rutynowe zużycie tlenu, maksymalną pojemność oddechową, anion ponadtlenkowy anion, wyciek protonów i glukoneogenezę w komórkach wątrobiaka. W tych warunki, deksametazon zmienił morfologię mitochondriów, co było równoległe do przez duży wzrost ekspresji Drp1 i zmniejszoną mitofusynę 1 (Mfn1) i Mfn2. Leczenie deksametazonem in vivo również zwiększyło ekspresję Drp1 w wątrobie myszy. Na Na podstawie tych obserwacji przeanalizowaliśmy zależność od funkcji Drp1 wpływu deksametazonu na oddychanie mitochondrialne i glukoneogenezę. My wykazać, że wzrost oddychania mitochondrialnego i glukoneogenezy indukowanej przez deksametazon są hamowane przez hamowanie funkcji Drp1. INNOWACJA: Nasze odkrycia dostarczają pierwszych dowodów na to, że wpływ glukokortykoidów na metabolizm wątrobowy wymaga mitochondrialnego białka rozszczepialnego Drp1. WNIOSEK: Podsumowując, wykazaliśmy, że mitochondrialne skutki deksametazonu zarówno na oddychanie mitochondrialne, jak i na szlak glukoneogenny zależy od Drp1. --- Funkcje mitochondriów są zaburzone w wielu chorobach, w tym w nowotworach. Rozwój terapii ukierunkowanych na mitochondria, albo poprzez przywrócenie normalnej funkcji mitochondriów lub promowanie indukowanej mitochondriami śmierci komórek, jest jedną z atrakcyjnych strategii atrakcyjnych strategii poprawy wyników leczenia raka. Ostatnie ujawniły istotny funkcjonalny udział dynamiki mitochondriów w biologii nowotworów. dynamiki w biologii nowotworów. Białko związane z dynaminą 1 (Drp1), członek rodziny GTPaz dynaminowych GTPaz wymaganych do rozszczepienia mitochondriów, zostało stwierdzone w niektórych typach nowotworów, takich jak rak płuc i piersi. Ponadto Ponadto, rola Drp1 w progresji cyklu komórkowego, niestabilności genomu, migracji komórek migracji komórek i apoptozie w komórkach nowotworowych. Te odkrycia podnoszą możliwość celowania w rozszczepienie mitochondriów za pośrednictwem Drp1 jako skutecznej terapii w leczeniu raka. Niniejszy artykuł bada funkcję Drp1 w komórkach nowotworowych i omawia teoretyczne podstawy rozwoju potencjalnej terapii celowanej. potencjalnej terapii celowanej. --- Mitochondria są bardzo dynamiczne i podlegają ciągłej fuzji i rozszczepieniu, które są które są niezbędne do utrzymania fizjologicznych funkcji komórek. Chociaż dysfunkcja mitochondriów jest związana z genezą nowotworów, niewiele wiadomo na temat roli dynamiki mitochondriów w przerzutach, głównej przyczynie śmierci nowotworów. W niniejszym badaniu stwierdziliśmy wyraźną regulację w górę mitochondrialnego białka rozszczepialnego białka związanego z dynaminą 1 (Drp1) w ludzkim inwazyjnym raku piersi i przerzutach do węzłów chłonnych. W porównaniu z nieprzerzutowymi komórkami komórki raka piersi, mitochondria były również bardziej pofragmentowane w przerzutowym raku piersi komórki, które wyrażają wyższy poziom całkowitego i aktywnego Drp1 i mniej mitochondrialnego białko fuzji mitochondrialnej 1 (Mfn1). Wyciszenie Drp1 lub nadekspresja Mfn1 skutkowały wydłużenie mitochondriów lub skupisk, odpowiednio, i znacząco stłumiło zdolności przerzutowe komórek raka piersi. W przeciwieństwie do tego, wyciszenie białek Mfn prowadziło do fragmentacji mitochondriów i zwiększało zdolności przerzutowe komórek raka piersi. komórek raka piersi. Co ciekawe, te manipulacje dynamiką mitochondriów zmieniły subkomórkową dystrybucję mitochondriów w komórkach raka piersi. Na przykład Na przykład, wyciszenie Drp1 lub nadekspresja Mfn1 hamowały tworzenie lamellipodii tworzenie lamellipodii, kluczowego etapu przerzutów raka, i hamowało indukowaną chemoatraktantami rekrutację mitochondriów do regionów lamellipodialnych. I odwrotnie, wyciszenie białek Mfn skutkowało większym rozprzestrzenianiem się komórek i lamellipodii, powodując akumulację większej liczby mitochondriów w regionach lamellipodii. regionach lamellipodialnych. Co ważniejsze, leczenie mitochondrialnym środkiem mitochondrialnych lub inhibitorem syntezy adenozynotrifosforanu zmniejszyło tworzenie lamellipodii i zmniejszało migrację i inwazję komórek raka piersi, sugerując funkcjonalne znaczenie mitochondriów w przerzutach raka piersi. Łącznie nasze odkrycia wskazują na nową rolę i mechanizm regulacji migracji i inwazji komórek nowotworowych przez mitochondria. migracji i inwazji komórek nowotworowych przez dynamikę mitochondriów. Tak więc celowanie rozregulowane rozszczepienie mitochondriów zależne od Drp1 może stanowić nową strategię w hamowaniu przerzutów raka piersi. --- Drp1 jest GTPazą podobną do dynaminy, która pośredniczy w podziale mitochondriów i peroksysomów w procesie zależnym od hydrolizy GTP. w procesie zależnym od samoorganizacji i sprzężonym z hydrolizą GTP. Pomimo związku między nieprawidłowym funkcjonowaniem Drp1 a chorobami ludzkimi, molekularne szczegóły jego aktywności błonowej pozostają słabo poznane. Tutaj odtworzyliśmy i bezpośrednio wizualizowaliśmy aktywność Drp1 w gigantycznych pęcherzykach jednokomórkowych. My określiliśmy ilościowo wpływ składu lipidów i GTP na wiązanie błonowe i aktywność na wiązanie błonowe i aktywność remodelującą za pomocą fluorescencyjnej mikroskopii konfokalnej i cytometrii przepływowej. W W przeciwieństwie do innych krewnych dynaminy, Drp1 wiązał się zarówno do zakrzywionych, jak i płaskich błon zarówno do zakrzywionych, jak i płaskich błon, nawet przy braku nukleotydów. Odkryliśmy również, że Drp1 indukował tubulację błony, która była stymulowana przez kardiolipinę. Co więcej, Drp1 promował tethering błonowy zależny od wewnętrznej krzywizny lipidów błonowych i GTP. Co ciekawe, Drp1 koncentrował się na powierzchniach styku błon i, w obecności GTP, tworzył dyskretne skupiska na pęcherzykach. Nasze odkrycia wspierają rolę Drp1 nie tylko w tworzeniu rurek lipidowych, ale także na stabilizacji ściśle przylegających błon, które są stanami pośrednimi w procesie fuzji mitochondriów. procesie rozszczepienia mitochondriów. --- UZASADNIENIE: Zamknięcie przewodu tętniczego (DA) jest niezbędne do przejścia od płodowego do noworodkowego wzorca krążenia. od płodowego do noworodkowego wzorca krążenia. Początkowe, zależne od PO2 powoduje funkcjonalne zamknięcie DA w ciągu kilku minut. W ciągu kilku dni fibrogenny, proliferacyjny mechanizm powoduje anatomiczne zamknięcie. Chociaż modulowane przez śródbłonkowe środki rozszerzające naczynia i zwężające naczynia, wykrywanie O2 jest nieodłączne od przewodowych komórek mięśni gładkich, a indukowane tlenem zwężenie DA utrzymuje się przy braku śródbłonka. bez śródbłonka, endoteliny i mediatorów cyklooksygenazy. O2 zwiększa pochodzący z mitochondriów H2O2, który zwęża komórki mięśni gładkich przewodów poprzez podnosząc wewnątrzkomórkowy wapń i aktywując kinazę rho. Jednak mechanizm za pomocą którego tlen zmienia funkcję mitochondriów jest nieznany. CEL: Celem tego badania było określenie, czy rozszczepienie mitochondriów rozszczepienie jest kluczowe dla indukowanego przez O2 zwężenia i zamknięcia DA. METODY I WYNIKI: Wykorzystując DA pobrane od 30 noworodków urodzonych o czasie podczas korekcji wrodzonej choroby serca, a także DA od królików urodzonych o czasie, wykazujemy że rozszczepienie mitochondriów jest kluczowe dla zwężenia i zamknięcia indukowanego przez O2. O2 szybko (<5 minut) powoduje rozszczepienie mitochondriów przez zależną od cykliny fosforylację białka związanego z dynaminą 1 (Drp1) przy serynie 616. Rozszczepienie wyzwala zmianę metaboliczną w komórkach mięśni gładkich przewodu, która aktywuje dehydrogenazę pirogronianową i zwiększa mitochondrialną produkcję H2O2. Następnie rozszczepienie zwiększa aktywność kompleksu I. Nadekspresja katalazy nadekspresja katalazy eliminuje indukowany przez PO2 wzrost mitochondrialnego H2O2 i wapnia cytozolowego. Małocząsteczkowy inhibitor Drp1 Mdivi-1 i siDRP1 dają zgodne wyniki, hamując indukowane przez O2 zwężenie (bez zmiany odpowiedzi na fenylefrynę lub KCl) i zapobieganie indukowanemu przez O2 wzrostowi metabolizmu oksydacyjnego, wapnia cytozolowego i proliferacji komórek mięśni gładkich przewodów. Przedłużone hamowanie Drp1 zmniejsza zamknięcie DA w modelu hodowli tkankowej. WNIOSKI: Rozszczepienie mitochondriów jest obowiązkowym, wczesnym etapem w wykrywaniu O2 przez ssaki i stanowi obiecujący cel. i stanowi obiecujący cel dla modulowania drożności DA. --- W odpowiedzi na wiele bodźców apoptotycznych, oligomeryzacja Bax jest niezbędna do mitochondrialnej permeabilizacji błony zewnętrznej i następującego po niej uwalniania cytochromu c. cytochromu c. Zdarzeniom tym towarzyszy rozszczepienie mitochondriów, które wydaje się wymagać Drp1, dużej GTPazy wymaga Drp1, dużej GTPazy z nadrodziny dynamin. Utrata Drp1 prowadzi do zmniejszonego uwalniania cytochromu c przez mechanizm, który jest słabo poznany. Tutaj pokazujemy, że Drp1 stymuluje indukowaną przez tBid oligomeryzację Bax i uwalnianie cytochromu c poprzez promowanie wiązania i hemifuzji błon in vitro. Ta funkcja Drp1 jest niezależna od jego aktywności GTPazy i zależy od argininy 247 i obecności kardiolipiny w błonach. W komórkach, nadekspresja Drp1 R247A/E opóźnia oligomeryzację Bax i śmierć komórki. Nasze odkrycia ujawniają funkcję funkcję Drp1 i zapewniają wgląd w mechanizm oligomeryzacji Bax. --- Niedawno donieśliśmy o zwiększonym rozszczepieniu mitochondriów i zmniejszonej fuzji, zwiększoną interakcję amyloidu beta (Aβ) z mitochondrialnym białkiem rozszczepiającym Drp1, zwiększoną fragmentację mitochondriów, upośledzony transport aksonalny mitochondriów i zwyrodnienie synaptyczne w neuronach dotkniętych AD. W niniejszym rozszerzyliśmy nasze wcześniejsze badania, aby określić, czy fosforylowany tau wchodzi w interakcje z Drp1 i wyjaśnia uszkodzenia mitochondriów w progresji AD. progresji AD. Zbadaliśmy również aktywność GTPazy, która jest krytyczna dla fragmentacji mitochondriów, w pośmiertnych tkankach mózgowych od pacjentów z AD i tkankach mózgowych myszy APP, APP/PS1 i 3XTg.AD. Stosując analizy koimmunoprecypitacji i immunofluorescencji, po raz pierwszy wykazaliśmy fizyczną interakcję między fosforylowanym tau i Drp1. Aktywność GTPazy związanej z rozszczepieniem mitochondriów była znacznie podwyższona w pośmiertnych tkankach kory czołowej od pacjentów z AD i tkankach korowych od APP, APP/PS1 i myszy 3XTg.AD. Na podstawie tych ustaleń stwierdzamy, że Drp1 wchodzi w interakcje z Aβ i fosforylowanym tau, prawdopodobnie prowadząc do nadmiernej fragmentacji mitochondriów oraz niedoborów mitochondrialnych i synaptycznych, co ostatecznie może prowadzić do uszkodzenia neuronów i pogorszenia funkcji poznawczych. Leczenie mające na celu zmniejszenie ekspresji Drp1, Aβ i/lub fosforylowanego tau może zmniejszyć interakcję między Drp1 i fosforylowanym tau oraz interakcję między Drp1 i Aβ, zapewniając neuronom ochronę przed toksycznym działaniem nadmierną ilością Drp1, Aβ i/lub fosforylowanego tau. --- Retikulum endoplazmatyczne (ER) może wywoływać proapoptotyczną sygnalizację, która skutkuje w przekazywaniu Ca(2+) do mitochondriów, co z kolei stymuluje rekrutację enzymu rekrutację enzymu rozszczepiającego DRP1 na powierzchnię organelli. Tutaj pokazujemy, że BH3-only BIK aktywuje ten szlak w ER w nienaruszonych komórkach, co skutkuje fragmentacją mitochondriów, ale niewielkim uwalnianiem cytochromu c do cytozolu. do cytozolu. Indukowane przez BIK transformacje w mitochondriach mają charakter dynamiczny i obejmują zależne od DRP1 przebudowywanie i otwieranie cristae, gdzie znajdują się znajdują się główne magazyny cytochromu c. Ta nowa funkcja dla DRP1 różni się od jego uznanej roli w regulacji rozszczepienia mitochondriów. Selektywna permeabilizacja błony zewnętrznej digitoniną potwierdziła, że stymulacja BIK powoduje mobilizację wewnątrzmitochondrialnego cytochromu c. Warto zauważyć, BIK może współpracować ze słabym białkiem BH3-only, które celuje w mitochondria, takie jak NOXA, w celu aktywacji BAX przez mechanizm niezależny od aktywności enzymu DRP1. aktywność. Po wspólnej ekspresji, BIK i NOXA powodują szybkie uwalnianie zmobilizowanego cytochromu c i aktywację kaspaz. --- Mitochondria są dynamicznymi organellami tworzącymi rurową sieć, która nieustannie łączą się i dzielą, kontrolując swoją morfologię i funkcje. Najnowsza literatura rzuciła nowe światło na potencjalny związek między dynamicznym zachowaniem mitochondriów a rozwojem mięśni. zachowaniem mitochondriów a rozwojem mięśni. W tym badaniu zbadaliśmy rolę mitochondrialnego czynnika rozszczepienia białka związanego z dynaminą 1 (Drp1) w różnicowaniu miogenicznym różnicowaniu miogenicznym. Stwierdziliśmy, że różnicowanie mioblastów C2C12 indukowane głodem surowicy towarzyszył stopniowy wzrost ekspresji białka Drp1 (do ∼350% do 3 dni) i szybkiej redukcji fosforylacji Drp1 przy Ser-637 (do ∼30%), co skutkowało translokacją białka Drp1 z cytozolu do mitochondriów. Podczas różnicowania, leczenie mioblastów z inhibitorem podziału mitochondriów (mdivi-1), specyficznym inhibitorem aktywności GTPazy Drp1 GTPazy Drp1, powodowało rozległe tworzenie wydłużonych mitochondriów, co zbiegło się ze zwiększoną apoptozą, o czym świadczy zarówno zwiększona aktywność kaspazy-3 i zwiększoną liczbą terminalnych deoksynukleotydylotransferaz za pośrednictwem znakowania dUTP (TUNEL). Ponadto, miotuby traktowane mdivi-1 miotuby (dzień 3 w pożywce różnicującej) wykazały zmniejszenie zawartości mitochondrialnego DNA, mitochondriów DNA, masy mitochondriów i potencjału błonowego w sposób zależny od dawki. sposób wskazujący na defekty w biogenezie mitochondriów podczas różnicowania miogenicznego różnicowania. Co najciekawsze, leczenie mdivi-1 znacząco hamowało tworzenie miotub w komórkach C2C12 i pierwotnych mioblastach. Podobnie, stabilna stabilna nadekspresja dominującego negatywnego mutanta Drp1 (K38A) dramatycznie zmniejszyła różnicowanie miogeniczne. Dane te sugerują, że zależny od Drp-1 podział mitochondriów podział mitochondriów jest niezbędnym krokiem do pomyślnego różnicowania miogenicznego i zaburzenie dynamiki mitochondriów utrudnia normalną adaptację mitochondriów podczas rozwoju mięśni. W związku z tym w niniejszym badaniu opisaliśmy nową fizjologiczną rolę dynamiki mitochondriów w różnicowaniu miogenicznym. --- UZASADNIENIE: Zarówno fuzja, jak i rozszczepienie przyczyniają się do kontroli jakości mitochondriów. W jaki sposób niesprzeciwiona fuzja wpływa na przeżycie kardiomiocytów i funkcję lewej komory serca? w sercu jest słabo poznane. CEL: Zbadaliśmy rolę białka związanego z dynaminą 1 (Drp1), GTPazy pośredniczącej w fuzji mitochondriów. GTPazy, która pośredniczy w rozszczepianiu mitochondriów, w pośredniczeniu w autofagii mitochondrialnej autofagii, funkcji komór i odporności na stres w sercu. METODY I WYNIKI: Obniżenie poziomu Drp1 indukowało wydłużenie mitochondriów, akumulację uszkodzonych mitochondriów i zwiększoną apoptozę w kardiomiocytach na poziomie wyjściowym. Regulacja w dół Drp1 również hamowała tworzenie autofagosomów i i strumień autofagii na poziomie wyjściowym i w odpowiedzi na niedobór glukozy w kardiomiocytach. kardiomiocytach. Brak lizosomalnej translokacji mitochondrialnie ukierunkowanego Keima wskazuje, że downregulacja Drp1 hamowała autofagię mitochondrialną. Wydłużenie mitochondriów i nagromadzenie uszkodzonych mitochondriów zaobserwowano również w tamoksyfenie. zaobserwowano również u myszy z nokautem Drp1 indukowanym tamoksyfenem. Po Drp1 myszy z nokautem Drp1 rozwinęły dysfunkcję lewej komory, poprzedzoną mitochondriami. poprzedzone dysfunkcją mitochondriów i zmarły w ciągu 13 tygodni. Strumień autofagii jest znacząco zahamowany u myszy z nokautem Drp1 specyficznym dla serca. myszy. Chociaż funkcja lewej komory u heterozygotycznych myszy z nokautem Drp1 specyficznym dla serca była prawidłowa w wieku 12 tygodni, funkcja lewej komory zmniejszyła się po 48 godzinach na czczo. bardziej dotkliwie po 48 godzinach postu, a wielkość zawału/obszar ryzyka po niedokrwieniu/reperfuzji był znacząco większy u heterozygotycznych myszy knockout Drp1 niż u myszy kontrolnych. WNIOSKI: Zakłócenie Drp1 indukuje wydłużenie mitochondriów, hamuje mitochondrialną autofagię i powoduje dysfunkcję mitochondriów, tym samym promując dysfunkcję serca i zwiększoną podatność na niedokrwienie/reperfuzję. --- Informacje o autorze: (1)Department of Protein Biochemistry, Institute of Life Science, Kurume University, Kurume, Japonia. (2)Department of Protein Biochemistry, Institute of Life Science, Kurume University, Kurume, Japonia Wydział Fizjologii i Biologii Komórki, Uniwersytet Medyczny i Stomatologiczny w Tokio, Tokio. Uniwersytet Medyczny i Stomatologiczny w Tokio, Tokio, Japonia. (3)Department of Physiology and Cell Biology, Tokyo Medical and Dental University, Tokio, Japonia. (4) Wydział Medycyny, Oddział Medycyny Sercowo-Naczyniowej, Kurume University School of Medicine, Kurume, Japonia. (5) Instytut Badań Sercowo-Naczyniowych, Uniwersytet Kurume, Kurume, Japonia. (6) Wydział Nauk o Życiu i Środowisku, Uniwersytet Tsukuba, Ibaraki, Japonia. (7) Wydział Medycyny i Nauk Bioregulacyjnych, Uniwersytet Kyushu, Fukuoka, Japonia. (8) Wydział Fizjologii i Biologii Komórki, Uniwersytet Medyczny i Stomatologiczny w Tokio, Japonia University, Tokio, Japonia Zakład Biochemii i Biologii Molekularnej, Graduate School and Faculty of Medicine, The University of Tokyo, Tokio, Japonia. (9)Department of Protein Biochemistry, Institute of Life Science, Kurume University, Kurume, Japonia Zakład Biologii Molekularnej, Graduate School of Medical Science, Uniwersytet Kyushu, Fukuoka, Japonia. (10)Department of Protein Biochemistry, Institute of Life Science, Kurume University, Kurume, Japonia Wydział Fizjologii i Biologii Komórki, Tokyo Medical and Dental University, Tokio, Japonia ishihara_naotada@kurume-u.ac.jp. --- TŁO: Nadciśnienie tętnicze prowadzi do przerostu mięśnia sercowego jako adaptacyjnej odpowiedzi na zwiększone obciążenie pracą. Podczas gdy początkowy rozwój przerostu jest kompensacyjny gdy utrzymywana jest funkcja skurczowa, utrzymujący się stres na sercu prowadzi do pogorszenia funkcji serca i wystąpienia niewydolności serca. Dysfunkcja mitochondriów dysfunkcja mitochondriów rozwija się w niewydolnym sercu; jednak, czy występuje ona w kompensacyjny przerost mięśnia sercowego jest kontrowersyjne. METODY: Szczury z samoistnym nadciśnieniem tętniczym (SHR) i dopasowane wiekowo szczury normotensyjne W badaniu wykorzystano szczury Wistar Kyoto. Funkcja mitochondriów i mechanizmy i mechanizmy związane z przebudową w lewej komorze mierzono za pomocą testów aktywności enzymatycznej testy aktywności enzymatycznej, Western blots i łańcuch polimerazy odwrotnej transkryptazy reakcji łańcuchowej odwrotnej transkryptazy. WYNIKI: Kompensacyjny przerost mięśnia sercowego u SHR był wskazywany przez wyższe stosunek serca do masy ciała, ciśnienie skurczowe lewej komory i ±dp/dt(max) (P<.001, P<.05 i P<.01, odpowiednio). Aktywność enzymów mitochondrialnego kompleksu I i II były znacząco zmniejszone (P<.05 i P<.01) w SHR w połączeniu z zmniejszoną ekspresją podjednostek kompleksu (P<.01 dla NDUFS3, P=.068 dla SDHB i P<.05 dla ATP5A1). Białko rozszczepienia mitochondrialnego Drp1 było zmniejszone (P<.05), podczas gdy białko fuzyjne OPA1 było zwiększone (P<.01). Sygnalizacja Parkin i SirT1/AMPK-PGC-1α odpowiedzialne odpowiednio za eliminację i biogenezę mitochondriów, były obniżone w SHR (P<.01). były odpowiednio zmniejszone w SHR (P<.01 dla Parkin, P<.001 dla SirT1 i p-AMPK). WNIOSEK: Nasze wyniki wskazują, że funkcja i przebudowa mitochondriów, wskazane przez aktywność enzymów mitochondrialnych i cząsteczki związane z przebudową, były upośledzone w kompensacyjnym przerośniętym mięśniu sercowym modelu SHR modelu nadciśnieniowego. STRESZCZENIE: Funkcja mitochondriów w kompensacyjnym przeroście mięśnia sercowego jest kontrowersyjna. kontrowersyjna. Nasze obecne badanie wykazało dysfunkcję mitochondriów w lewej komorze komorze szczurów z samoistnym nadciśnieniem tętniczym, co prawdopodobnie było wynikiem upośledzonej przebudowy mitochondriów, w tym dynamiki mitochondriów, eliminacji i biogenezy.
Jaka jest funkcjonalna rola białka Drp1?
Drp1 jest zaangażowany w regulację rozszczepienia mitochondriów.