Молекулы митохондриального транспорта как потенциальные мишени таргетной терапии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Митохондрии являются активными клеточными органеллами, структуры которых (в частности, мембрана) экспрессируют большое количество сигнальных молекул (в основном белков), которые выполняют важную регуляторную роль в их активном функционировании. Биологическая активность митохондриальных белков позволяет предположить их ключевую роль в качестве мишеней при таргетной терапии процессов функционирования митохондрий, нарушенных в результате развития в организме инфекционного, нейродегенеративного, стрессорного или патологического процесса различной этиологии и патогенеза. Регуляторные белки митохондрий в последнее время представляют еще больший интерес и актуальность для исследования, в связи с их установленным участием в патогенезе вирусной инфекции, онкогенезе, метаболических дисфункциях.

Материал и методы. Проведен анализ свойств ключевых сигнальных молекул мембран митохондрий, регулирующих транспортную функцию белковых соединений в норме и при различных патологических состояниях.

Заключение. Биологические свойства ключевых белков митохондриальной мембраны и участие их в патогенезе позволяют считать актуальным исследования, посвященные их верификации как возможных мишеней для таргетной фармакотерапии социально значимых заболеваний, в основе которых лежит дисфункция митохондрий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Михаил Александрович Пальцев

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: mpaltzev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5737-5706

директор Центра иммунологии и молекулярной биомедицины. Биологический факультет. Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор

Россия, 119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Татьяна Станиславовна Зубарева

ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава РФ; АНО НИЦ «Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии»

Email: cmbm@spbniif.ru
ORCID iD: 0000-0001-9518-2916

Senior Researcher, Center of Molecular Biomedicine

Россия, 191036, Санкт-Петербург, Лиговский пр-кт, д. 2–4; 197110, Санкт-Петербург, пр. Динамо, д. 3

Анна Сергеевна Зубарева

ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава РФ; АНО НИЦ «Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии»

Email: cmbm@spbniif.ru
ORCID iD: 0000-0001-6872-3799

лаборант-исследователь Центра молекулярной биомедицины

Россия, 191036, Санкт-Петербург, Лиговский пр-кт, д. 2–4; 197110, Санкт-Петербург, пр. Динамо, д. 3

Дарья Олеговна Леонтьева

ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава РФ; АНО НИЦ «Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии»

Email: cmbm@spbniif.ru
ORCID iD: 0000-0001-6981-2531

лаборант-исследователь Центра молекулярной биомедицины

Россия, 191036, Санкт-Петербург, Лиговский пр-кт, д. 2–4; 197110, Санкт-Петербург, пр. Динамо, д. 3

Екатерина Сергеевна Миронова

ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава РФ; АНО НИЦ «Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии»

Email: katerina.mironova@gerontology.ru
ORCID iD: 0000-0001-8134-5104

старший научный сотрудник Центра молекулярной биомедицины

Россия, 191036, Санкт-Петербург, Лиговский пр-кт, д. 2–4; 197110, Санкт-Петербург, пр. Динамо, д. 3

Игорь Моисеевич Кветной

ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава РФ; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: igor.kvetnoy@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7302-5581

руководитель Центра молекулярной биомедицины. Профессор, доктор медицинских наук

Россия, 191036, Санкт-Петербург, Лиговский пр-кт, д. 2–4; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

Список литературы

  1. Miller B., Silverstein A., Flores M. et al. Host mitochondrial transcriptome response to SARSCoV2 in multiple cell models and clinical samples. Nature Reports. 2021; 11: 3. https://doi.org/10.1038/s41598-020-79552-z.
  2. Agnello M., Morici G., Rinaldi A.M. A method for measuring mitochondrial mass and activity. Cytotechnology. 2008; 56 (3): 145–9.
  3. Anderson A.J., Jackson T.D., Stojanovski D. Mitochondria-hubs for regulating cellular biochemistry: emerging concepts and networks Biology, Medicine. Open Biology. 2019; 9 (8): 1–15. https://doi.org/10.1098/rsob.190126.
  4. Ernster L., Schatz G. Mitochondria: A Historical Review. J. Cell Biol. 1981; 91: 227–55.
  5. Pfanner N., Douglas M.G., Endo T., Hoogenraad N.J., Jensen R.E., Meijer M., Neupert W., Schatz G., Schmitz U.K., Shore G.C. Uniform nomenclature for the protein transport machinery of the mitochondrial membranes. Trends Biochem. Sci. 1996; 21: 51–2.
  6. Tucker K., Park E. Cryo-EM structure of the mitochondrial protein-import channel TOM complex at near-atomic resolution. Nat. Struct. Mol. Biol. 2019; 26: 1158–66.
  7. Wang P., Wang D., Yang Y., Hou J., Wan J., Ran F., Dai X., Zhou P., Yang Y. Tom70 protects against diabetic cardiomyopathy through its antioxidant and antiapoptotic properties. Hypertens Res. 2020; 43 (10): 1047–56.
  8. Wiedemann N., Pfanner N. Mitochondrial Machineries for Protein Import and Assembly. Annu. Rev. Biochem. 2017; 86: 685–714.
  9. Neupert W., Herrmann J.M. Translocation of proteins into mitochondria. Annu. Rev. Biochem. 2007; 76: 723–49.
  10. Shiota T., Imai K., Qiu J., Hewitt V.L., Tan K., Shen H., Sakiyama N., Fukasawa Y., Hayat S., Kamiya M. et al. Molecular architecture of the active mitochondrial protein gate. Science. 2015; 349: 3–8.
  11. Pfanner N., Warscheid B., Wiedemann N. Mitochondrial proteins: From biogenesis to functional networks. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019; 20: 267–84.
  12. Di Maio R., Barrett P.J., Hoffman E.K., Barrett C.W., Zharikov A., Borah A., Hu X., McCoy J., ChuCh T., Burton E.A., Hastings T.G., Greenamyre T. α-Synuclein binds to TOM20 and inhibits mitochondrial protein import in Parkinson’s disease. J. Sci Transl Med. 2016. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aaf3634.
  13. Cooper H.A., Eguchi S. Inhibition of mitochondrial fission as a novel therapeutic strategy to reduce mortality upon myocardial infarction. Clin Sci. 2018; 132: 2163–7.
  14. Givvimani S., Pushpakumar S.B., Metreveli N., Veeranki S., Kundu S., Tyagi S.C. Role of mitochondrial fission and fusion in cardiomyocyte contractility. Int. J. Cardiol. 2015; 187: 325–33.
  15. Hira S., Packialakshmi B., Tang E., Zhou X. Dexamethasone upregulates mitochondrial Tom20, Tom70 and MnSOD through SGK1 in the kidney cells. J. Physiol. Biochem. 2020; 77: 1–11. https://doi.org/10.1007/s13105-020-00773-x.
  16. Jhun B.S., O-Uchi J., Adaniya S.M., Mancini T.J., Cao J.L., King E. et al. Protein kinase D activation induces mitochondrial fragmentation and dysfunction in cardiomyocytes. J. Physiol. 2018; 596: 827–55.
  17. Lazarou M., Jin S.M., Kane L.A., Youle R.J. Role of PINK1 binding to the TOM complex and alternate intracellular membranes in recruitment and activation of the E3 ligase Parkin. Dev. Cell. 2012; 22: 320–33.
  18. Klapper-Goldstein H., Verma A., Elyagon S., Gillis R., Murninkas M., Pittala S., Paul A., Shoshan-Barmatz V. VDAC1 overexpression in the diseased myocardium of humans and rats and the effect of VDAC1-interacting compound on atrial fibrosis induced by hyperaldosteronism. 2020; 10: 22101.
  19. Poot М., Zhang Y.Z., Krämer J.A., Wells K.S., Jones L.J., Hanzel D.K., Lugade A.G., Singer V.L., Haugland R.P. Analysis of mitochondrial morphology and function with novel fixable fluorescent stains. J. Histochem Cytochem. 1996; 44 (12): 1363–72.
  20. Dionisio P.E.A., Oliveira S.R., Amaral J.S.J.D., Rodrigues C.M.P. Loss of microglial parkin inhibits necroptosis and contributes to neuroinflammation. Mol. Neurobiol. 2018; 63 (4): 2990–3004.
  21. Atkins K., Dasgupta A., Chen K.H., Mewburn J., Archer S.L. The role of Drp1 adaptor proteins MiD49 and MiD51 in mitochondrial fission: implications for human disease. Clin. Sci. (Lond.). 2016; 130 (21): 1861–74.
  22. Sim C.H., Gabriel K., Mills R.D., Culvenor J.G., Cheng H.C. Analysis of the regulatory and catalytic domains of PTEN-induced kinase-1 (PINK1). Hum. Mutat. 2012; 33: 1408–22.
  23. Sun L., Shen R., Agnihotri S.K., Chen Y., Huang Z., Büeler H. Lack of PINK1 alters glia innate immune responses and enhances inflammation-induced, nitric oxide-mediated neuron death. Sci Rep. 2018; 8 (1): 383.
  24. Valentin-Vega Y.A., Maclean K.H., Tait-Mulder J., Milasta S., Steeves M., Dorsey F.C., Cleveland J.L., Green D.R., Kastan M.B. Mitochondrial dysfunction in ataxia-telangiectasia. Blood. 2012; 119 (6): 1490–500.
  25. Wang H., Ni H.-M., Chao X., Ma X., Rodriguez Y. A., Chavan H., Wang Sh., Krishnamurthy P., Dobrowsky R., Xu D.-X., Jaeschke H., Ding W.-X. Double deletion of PINK1 and Parkin impairs hepatic mitophagy and exacerbates acetaminophen-induced liver injury in mice. Redox Biol. 2019. https://doi.org/10.1016.
  26. Tarnawski A.S., Ahluwalia A. Increased susceptibility of aging gastric mucosa to injury and delayed healing: Clinical implications. World J. Gastroenterol. 2018; 24 (42): 4721–7.
  27. Klionsky D.J., Saltiel A.R. Autophagy works out. Cell Metab. 2012; 15 (3): 273–4.
  28. Martinez-Reyes I., Chandel N.S. Mitochondrial TCA cycle metabolites control physiology and disease. Nat. Commun. 2020; 11: 102.
  29. Fang D., Maldonado E.N. VDAC Regulation: A Mitochondrial Target to Stop Cell Proliferation. Adv. Cancer Res. 2018; 138: 41–69.
  30. Pittala S., Krelin Y., Kuperman Y., Shoshan-Barmatz V. A Mitochondrial VDAC1-Based Peptide Greatly Suppresses Steatosis and NASH-Associated Pathologies in a Mouse Model.Mol. Ther. 2019; 27: 1848–62.
  31. Zhou H., Zhang Y., Hu S., Shi C., Zhu P., Ma Q., et al. Melatonin protects cardiac microvasculature against ischemia/reperfusion injury via suppression of mitochondrial fission-VDAC1-HK2-mPTP-mitophagy axis. J. Pineal Res. 2017; 63: 12413. https://doi.org/10.1111/jpi.12413.
  32. Shoshan-Barmatz V., Nahon-Crystal E., Shteinfer-Kuzmine A., Gupta R. VDAC1, mitochondrial dysfunction, and Alzheimer’s disease. Pharmacol. Res. 2018; 131: 87–101.
  33. Zhang E., Al-Amily I., Mohammed S., Luan C., Asplund O., Ahmed M., Ben-Hail D., Ye Y., Soni A., Groop L. et al. Preserving Insulin Secretion in Diabetes by Inhibiting VDAC1 Overexpression and Surface Translocation in β Cells. Cell Metabol. 2019; 29: 64–77.
  34. Brand C.S., Tan V.P., Brown J.H., Miyamoto S. RhoA regulates Drp1 mediated mitochondrial fission through ROCK to protect cardiomyocytes. Cell Signal. 2018; 50: 48–57.
  35. Qi Z., Huang Z., Xie F., Chen L. Dynamin-related protein 1: a critical protein in the pathogenesis of neural system dysfunctions and neurodegenerative diseases. J. Cell. Physiol. 2019; 234: 10032–46.
  36. Jin J., Wei X.X., ZhiX L., WangX H., Meng D. Drp1-dependent mitochondrial fission in cardiovascular disease. Acta Pharmacol Sin. 2020. https://doi.org/10.1038/s41401-020-00518-y.
  37. DuBoff B., Gotz J., Feany M.B. Tau promotes neurodegeneration via DRP1 mislocalization in vivo. Neuron. 2012; 75: 618–32.
  38. Tian L., Neuber-Hess M., Mewburn J., Dasgupta A., Dunham-Snary K., Wu D., et al. Ischemia-induced Drp1 and Fis1-mediated mitochondrial fission and right ventricular dysfunction in pulmonary hypertension. J. Mol. Med. 2017; 95: 381–93.
  39. Zhang L., Yang F., Li Y., Cao H., Huang A., Zhuang Y., Zhang C., Hu G., Mao Y., Luo J., Xing C. The protection of selenium against cadmium-induced mitophagy via modulating nuclear xenobiotic receptors response and oxidative stress in the liver of rabbits. Environ Pollut. 2021; 285: 117301. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117301.
  40. Shoshan-Barmatz V., Krelin Y., Shteinfer-Kuzmine A. VDAC1 functions in Ca2+homeostasis and cell life and death in health and disease. Cell Calcium. 2018; 69: 81–100.
  41. Sliter D.A., Martinez J., Hao L., Chen X., Sun N., Fischer T.D., Burman J.L., Li Y., Zhang Z., Narendra D.P., Cai H., Borsche M., Klein C., Youle R.J. Parkin and PINK1 mitigate STING-induced inflammation. Nature. 2018; 561: 258–62.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Ядерно-кодируемые митохондриальные белки импортируются через TOM-комплекс. Митохондриальные белки, синтезируемые в цитозоле, импортируются в митохондрии посттрансляционно [3]

Скачать (190KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Ключевые клеточные функции митохондриального белка наружной мембраны Tom 70. IMS – межмембранное пространство; MOM -наружная мембрана митохондрий; TOM – транслоказа наружной мембраны митохондрий, содержащая каналообразующий белок Tom 40 и транспортный рецептор Tom 20 [адаптировано 12]

Скачать (153KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Взаимодействие между митохондриальными транспортными белками Tom 20 и Tom 70 [адаптировано из 27]

Скачать (253KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Запуск процесса апоптоза с участием VDAC1 [адаптировано из 18]

Скачать (112KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Процесс апоптоза клетки с участием молекулы DRP1 [адаптировано 34]

Скачать (114KB)
Метаданные

© ИД "Русский врач", 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах