Funcțiile mitocondriei 2 ’, 3’-nucleicidă ciclică-3’-fosfodiesterază și perspective pentru

Krestinina Olga

1 Institutul de Biofizică Teoretică și Experimentală, Academia Rusă de Științe, Pușchino, 142290 regiunea Moscovei, Rusia; ur.relbmar@luyb

Baburina Yulia

1 Institutul de Biofizică Teoretică și Experimentală, Academia Rusă de Științe, Pușchino, 142290 regiunea Moscovei, Rusia; ur.relbmar@luyb

Papadopoulos Vassilios

2 Departamentul de Farmacologie și Științe Farmaceutice, Școala de Farmacie, Universitatea din California de Sud, Los Angeles, CA 90089, SUA; ude.csu@podapapv

Abstract

2 ′, 3′-nucleotidă ciclică-3′-fosfodiesterază (CNPază) este o enzimă asociată mielinei care catalizează hidroliza fosfodiesterică a 2 ’, 3’-nucleotide ciclice la 2’-nucleotide. Cu toate acestea, prezența sa se găsește și în celulele nemelinizate și în alte structuri celulare. Înțelegerea funcțiilor sale fiziologice specifice, în special în celulele nemelinizate, este încă incompletă. Această revizuire se concentrează pe rolul CNPazei mitocondriale (mtCNPază), independent de mielină. mtCNPase este capabil să regleze funcționarea porului de tranziție a permeabilității mitocondriale (mPTP) și, prin urmare, este implicat în mecanismele morții celulare, atât apoptoză, cât și necroză. Participarea sa la dezvoltarea diferitelor boli și condiții patologice, cum ar fi îmbătrânirea, bolile de inimă și dependența de alcool, este, de asemenea, revizuită. Ca atare, mtCNPase poate fi considerată ca o țintă potențială pentru dezvoltarea strategiilor terapeutice în tratamentul bolilor legate de mitocondrie.

1. Introducere

În sistemul nervos central al mamiferelor și al unor vertebrate, este prezentă abundent o enzimă asociată cu mielina 2 ′, 3′-nucleotidă ciclică 3′-fosfodiesterază (CNPază, EC3.1.4.37). Se știe că CNPaza este capabilă să catalizeze hidroliza nucleotidelor 2 ’, 3’-ciclice pentru a produce 2’-nucleotide in vitro [1], dar substratul fiziologic in vivo este încă neclar. În plus, s-a raportat că enzima a fost prezentă într-o varietate de alte tipuri de celule, deși la niveluri inferioare [2,3] și în preparatele cu membrană non-mielină din splină, ficat, timus, glandele suprarenale, rinichi, inimă și mușchi scheletic [4,5,6]. S-a observat că CNPaza este asociată cu mitocondriile din celulele suprarenale [7].

2. Detectarea mtCNPase

fosfodiesterază

Reprezentarea schematică a detectării mtCNPase în mitocondrii.

3. Parteneri de interacțiune ai mtCNPase

Dyer și co-autori au arătat că CNPaza a localizat împreună cu citoscheletele pe bază de actină și pe bază de tubulină în oligodendrocite cultivate. [21]. Mai târziu, De Angelis și Braun au descoperit că CNPaza s-a legat de fapt de citoscheletul pe bază de actină [23]. Dovezile biochimice suplimentare ale interacțiunii CNPază-tubulină au fost obținute din observația că microtubulii din celulele tiroidiene de șobolan cultivate s-au disociat de membrana plasmatică după tratamentul cu lovastatină, un compus care inhibă izoprenilarea. Deoarece funcția tubulinei nu necesită izoprenilare, acest lucru a sugerat că o proteină linker izoprenilată trebuie să fie responsabilă pentru atașarea la membranele microtubulilor. O astfel de proteină izoprenilată cu o greutate moleculară de 48 kDa a fost identificată ulterior ca CNPază [24]. S-a constatat, de asemenea, că CNPaza nu este asociată numai cu microtubuli în celulele tiroidiene de șobolan cultivate și țesutul cerebral, ci și co-purificată cu microtubuli chiar și după cicluri succesive de polimerizare și depolimerizare. Astfel, CNPaza a fost identificată ca o proteină asociată cu microtubuli care are și activitate de polimerizare a microtubulilor in vitro [25].

S-a raportat că mtCNPase este asociată în mod specific cu ADAP1, o proteină specifică creierului (cunoscută recent ca p42 IP4 sau Centaurin-α1) și α-tubulină în RBM [26]. Interesant, în mitocondrii, asocierile ADAP1 cu mtCNPase, ADAP1 cu α-tubulină și mtCNPase cu α-tubulină, au fost confirmate prin experimente de co-imunoprecipitare [26]. Co-imunoprecipitarea poate fi luată ca o indicație a interacțiunilor in vivo între proteinele respective. Important, s-a dezvăluit că imunoprecipitatul ADAP1 din RBM conținea benzi imuno-reactive atât pentru anticorpii mtCNPase, cât și pentru α-tubulină. Benzile imuno-reactive nu au fost observate la imunoprecipitații obținuți cu anticorpi control izoformi CNPază pe bază de mielină. Specificitatea co-imunoprecipitării ADAP1 cu α-tubulină și mtCNPază a fost confirmată prin imunocolorare cu anticorp ANT. Astfel, se poate deduce formarea unui complex in vivo între ADAP1, mtCNPase și α-tubulină în RBM. Implicarea ADAP1 și mtCNPase în deschiderea mPTP indusă de Ca 2+ a fost demonstrată independent în mitocondriile izolate din diferite celule [16,26]. Prin urmare, este de mare interes să înțelegem care sunt consecințele funcționale pentru complexul care conține ADAP1, mtCNPază și α-tubulină formată in vivo în RBM.

S-a raportat că mtCNPase este localizată atât la nivelul membranelor mitocondriale interne cât și externe, plasându-l în mod eficient între ele (Figura 2) [16]. Această constatare ne-a determinat să căutăm proteine ​​care interacționează cu mtCNPase în cadrul siturilor de contact, unde se află complexul mPTP. ANT și canalul anion dependent de tensiune (VDAC) au fost considerate anterior a fi componente ale complexului mPTP. Cu toate acestea, studiile genetice au sugerat că compoziția mPTP nu necesită VDAC și ANT [27,28], totuși VDAC și ANT sunt încă considerate a fi regulatori/modulatori ai mPTP [29,30,31]. Cu toate acestea, ciclofilina D (CyP-D) este o proteină matricială mitocondrială considerată ca fiind unul dintre elementele critice pentru funcționarea mPTP [32]. S-a arătat că mtCNPase a co-precipitat cu regulatori de bază mPTP, cum ar fi CyP-D, VDAC și ANT [33]. Găsirea faptului că mtCNPase co-localizat cu CyP-D, ANT și VDAC, precum și cu α-tubulină în mitocondriile încărcate și descărcate cu Ca 2+, indică posibila legare fizică între aceste proteine ​​în mitocondrii.

Reprezentarea schematică a rolului mtCNPase în funcția mPTP.

În membrana mitocondrială externă, mtCNPase poate interacționa cu VDAC, care este proteina principală a membranei externe implicată în permeabilitatea membranei mitocondriale exterioare. VDAC poate fi în stare deschisă sau închisă. În starea închisă VDAC, canalul său este mai permeabil la Ca 2+ [34], astfel încât ar putea rezulta accelerarea deschiderii mPTP, iar legarea α-tubulinei la VDAC facilitează închiderea acestuia [35]. Deoarece atât VDAC cât și mtCNPase sunt legate de α-tubulină, conductanța VDAC ar putea fi reglată direct de mtCNPază sau prin legarea α-tubulinei, permițând modularea permeabilității membranei exterioare.