Progetto Mitofusina

NEWS SULLA RICERCA

Il MicroRNA-106b induce disfunzione mitocondriale e insulina resistenza in cellule C2C12, modulando l’attività della Mitofusina-2

Ad oggi il diabete mellito di tipo 2 (T2DM) viene considerato un reale problema di salute alla luce della notevole diffusione. La resistenza agli effetti pleiotropici dell’insulina sembra essere un processo primario nello sviluppo della malattia, ma i meccanismi sottesi non sono ancora del tutto noti. Diversi lavori presenti in letteratura sembrano sostenere l’esistenza di una correlazione tra il MicroRNA-106b (miR-106b) e il diabete di tipo 2. In particolare in questo lavoro, il trascritto del geneMfn2 è stato identificato come target diretto del miR-106b. L’aumento dell’espressione del miR-106b causa disfunzione mitocondriale e insulina resistenza in cellule muscolari C2C12. Queste cellule mostrano insulina resistenza indotta dal fattore TNF-a, accompagnata da un aumento dei livelli di Mfn2. La riduzione di espressione del miR-106b migliora la funzione mitocondriale e riduce la resistenza all’insulina. Il miR-106b regola negativamente l’espressione della Mfn2 e la responsività all’insulina a livello delle cellule della muscolatura inducendo insulina resistenza. Questi risultati suggeriscono che il miR-106b potrebbe rappresentare un potenziale target terapeutico per il trattamento del diabete mellito di tipo 2 insulina resistente.

[Zhang Y, Yang L, Gao YF, Fan ZM, Cai XY, Liu MY, Guo XR, Gao CL, Xia ZK. MicroRNA-106b induces mitochondrial dysfunction and insulin resistance in C2C12 myotubes by targeting mitofusin-2. Mol Cell Endocrinol. 2013 Aug 14;381(1-2):230-240]

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23954742

 

Le dinamiche mitocondriali controllate dalla Mitofusina regolano l’attività dei neuroni Agrp e l’obesità dipendente dalla dieta

I mitocondri sono organelli con un ruolo chiave nel mantenimento del metabolismo energetico cellulare. In questo studio, viene dimostrato che il numero dei mitocondri diminuisce ma la loro dimensione aumenta nei neuroni  oressigeni Agrp (agouti-related protein) quando si passa da una condizione di digiuno a una di nutrizione. Questi cambiamenti sono tipo cellulare specifico: infatti essi si verificano in maniera opposta in neuroni anoressizzanti secernenti la propiomelanocortina (POMC). La modificazione dei meccanismi di fusione nei neuroni Agrp attraverso il silenziamento della Mitofusina 1 (Mfn1) o Mitofusina 2 (Mfn2) risulta in un’alterazione della dimensione e della densità dei mitocondri in queste cellule. La mancanza della proteina mitofusina compromette l'attività elettrica dei neuroni Agrp durante una dieta ricca di grassi (HFD), evento revertito dalla somministrazione di ATP cellula dipendente. Topi privi di Mfn1 o Mfn2 nei neuroni Agrp ingrassano meno quando sottoposti ad una dieta ricca di grassi, grazie ad una riduzione della massa grassa. Nel complesso, i dati mostrano un ruolo importante della Mfn1 e Mfn2 nelle dinamiche mitocondriali nei neuroni Agrp per quanto riguarda la regolazione del metabolismo energetico dell’intero organismo.

[Dietrich MO, Liu ZW, Horvath TL. Mitochondrial dynamics controlled by mitofusins regulate agrp neuronal activity and diet-induced obesity. Cell. 2013 Sep 26;155(1):188-99. doi: 10.1016/j.cell.2013.09.004. PubMed PMID: 24074868]

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24074868

La proteina Mitofusina 2 nei neuroni  POMC connette lo stress a livello del reticolo con la resistenza alla Leptina e gli sbilanciamenti energetici

La mitofusina 2 (MFN2) gioca un ruolo critico sia nei processi di fusione mitocondriale che di interazione tra mitocondri e reticolo endoplasmatico (ER). Lo stress del reticolo endoplasmatico a livello dell’ipotalamo viene riconosciuto come fattore causativo per lo sviluppo della resistenza alla leptina, ma i meccanismi molecolari non sono ancora del tutto noti. In questo lavoro, viene dimostrata la riduzione delle connessioni tra mitocondri e ER nei neuroni anoressizzanti secernenti la propiomelanocortina (POMC) a livello dell’ipotalamo, in condizione di obesità indotta dalla dieta. Il silenziamento della Mfn2 nei neuroni POMC risulta nella perdita delle connessioni tra mitocondri e ER, nella resistenza allo stress del reticolo indotto da leptina, iperfagia, ridotto dispendio energetico e obesità. Il trattamento farmacologico dello stress del ER a livello dell’ipotalamo modifica queste alterazioni metaboliche. I nostri dati affermano il ruolo della MFN2 nei neuroni POMC come essenziale regolatore del bilancio energetico sistemico, attraverso una fine regolazione dell’omeostasi e della funzione mitocondrio-ER. Questo nuovo ruolo della MFN2 conferma il suo cruciale coinvolgimento nello stress del ER indotto da leptina.

[Schneeberger M, Dietrich MO, Sebastián D, Imbernón M, Castaño C, Garcia A, Esteban Y, Gonzalez-Franquesa A, Rodríguez IC, Bortolozzi A, Garcia-Roves PM, Gomis R, Nogueiras R, Horvath TL, Zorzano A, Claret M. Mitofusin 2 in POMC Neurons Connects ER Stress with Leptin Resistance and Energy Imbalance. Cell. 2013 Sep 26;155(1):172-87. doi: 10.1016/j.cell.2013.09.003. PubMed PMID: 24074867]

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24074867


Proteine di fusione mitocondriale e malattie umane

I mitocondri sono organelli complessi, altamente dinamici che modificano continuamente la loro forma, che varia tra due processi opposti, denominati fissione e fusione, in risposta ai diversi stimoli ed esigenze metaboliche della cellula. Le alterazioni nelle dinamiche mitocondriali dovute a mutazioni in proteine coinvolte nel meccanismo di fusione-fissione rappresentano un importante meccanismo patogenetico delle malattie umane. Le proteine ‹più importanti coinvolte nel processo di fusione mitocondriale sono tre e presentano un’attività GTPasica “dynamin-like” : la proteina mitofusina 1 (MFN1) e 2 (MFN2), che si trovano nella membrana mitocondriale esterna e la proteina OPA1, localizzata nella membrana interna. Un numero crescente di patologie degenerative sono associate a mutazioni nei geni che codificano per le proteine MFN2 e OPA1, tra cui la Charcot-Marie-Tooth di tipo 2A e l’atrofia ottica autosomica dominante. Mentre queste patologie possono ancora essere considerate rare, le anomalie nei processi mitocondriali sembrano giocare un ruolo significativo nella patogenesi molecolare e cellulare di patologie neurodegenerative più comuni tra cui il morbo di Alzheimer e di Parkinson. In questo lavoro, descriviamo i meccanismi molecolari di base coinvolti nella fusione mitocondriale, concentrandoci sull’alterazione della quantità di DNA mitocondriale dovuta ad anomalie nelle dinamiche mitocondriali. Riassumiamo inoltre la letteratura che descrive le principali patologie associate all’alterazione della fusione mitocondriale.

 

[Ranieri M, Brajkovic S, Riboldi G, Ronchi D, Rizzo F, Bresolin N, Corti S, Comi]

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23781337

 

Il ruolo della Mitofusina 2 nel trasporto assonale dei mitocondri

Le alterazioni della dinamica mitocondriale (fissione, fusione e movimento) sono implicate in molte patologie neurodegenerative, dalle malattie genetiche rare come la sindrome di Charcot-Marie-Tooth, a condizioni più comuni come il morbo di Alzheimer. Tuttavia il rapporto tra le alterate dinamiche mitocondriali e la neurodegenerazione non è stato ancora completamente chiarito. Mutazioni nella proteina MFN2 identificate come patogenetiche nelle patologie umane sopprimono sia la fusione che il trasporto mitocondriale e producono le classiche caratteristiche della degenerazione segmentale assonale senza morte del corpo cellulare, che comprendono rigonfiamenti pieni di neurofilamenti, perdita dell’omeostasi del calcio e accumulo di specie reattive dell’ossigeno. Al contrario, la mancanza di Opa1 sopprime la fusione mitocondriale ma non il trasporto e non induce degenerazione assonale. La degenerazione assonale indotta dai mutanti MFN2 è dovuta ad un difetto nel posizionamento dei mitocondri all’interno degli assoni, piuttosto che alla perdita complessiva del loro movimento o ad una globale disfunzione mitocondriale. Abbiamo inoltre scoperto che aumentando l’espressione di MFN1 è possibile recuperare la degenerazione assonale causata dalla mutazione di MFN2, suggerendo così una possibile strategia terapeutica per la sindrome di Charcot-Marie-Tooth. Questi esperimenti dimostrano che la capacità dei mitocondri di percepire il fabbisogno energetico e di localizzarsi correttamente all’interno degli assoni è la chiave per il mantenimento dell’integrità assonale, e potrebbe essere un pathway attraverso il quale l’interruzione del trasporto assonale può contribuire alla neurodegenerazione.

[Mitofusin2 Mutations Disrupt Axonal Mitochondrial Positioning and Promote Axon Degeneration. J Neurosci. 2012 Mar 21;32(12):4145-55. Albert L. Misko, Yo Sasaki, Elizabeth Tuck, Jeffrey Milbrand, and Robert H. Baloh]

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22442078

Mutazioni nel gene MFN2 associate alla condizione clinica atrofia ottica plus.

I geni MFN2 e OPA1 codificano per due proteine ad attività GTPasica “dynamin-like” coinvolte nella fusione della membrana mitocondriale. Questi due geni sono stati associati rispettivamente alla sindrome di Charcot-Marie-Tooth di tipo 2A e all’atrofia ottica autosomica dominante. In questa ricerca è stata studiata un’ampia famiglia con atrofia ottica esordita nella prima infanzia, associata a neuropatia assonale e miopatia mitocondriale in età adulta. Il quadro clinico si presenta come il fenotipo “plus” dell’atrofia ottica autosomica dominante legata a mutazioni in OPA1, ma è stato associato a una nuova mutazione missense di MFN2 (c.629A4T, p.D210V). Sono state riscontrate delezioni multiple del DNA mitocondriale (mtDNA) nel muscolo scheletrico e questo rende MFN2 un nuovo gene associato alla “sindrome da danno” del DNA mitocondriale. Contrariamente ai precedenti studi su pazienti con la sindrome di Charcot-Marie-Tooth di tipo 2A, i fibroblasti che portano la mutazione mostrano difetti della catena respiratoria, frammentazione del network mitocondriale e una significativa riduzione della proteina MFN2. Inoltre, per la prima volta la compromissione della fusione mitocondriale è stat correlata con un difetto nel sistema di riparazione dei danni al mtDNA indotti dallo stress. È probabile che il difetto nella riparazione dei danni al DNA mitocondriale sia dovuto ad una variabilità del contenuto di proteine all’interno della popolazione mitocondriale e può essere almeno parzialmente responsabile dell’instabilità del mtDNA.

[The MFN2 gene is responsible for mitochondrial DNA instability and optic atrophy ‘plus’ phenotype. Brain. 2012 Jan;135(Pt 1):23-34. Cecile Rouzier, Sylvie Bannwarth, Annabelle Chaussenot, Arnaud Chevrollier, Annie Verschueren, Nathalie Bonello-Palot, Konstantina Fragaki, Aline Cano, Jean Pouget, Jean-Francois Pellissier, Vincent Procaccio, Brigitte Chabrol and Veronique Paquis-Flucklinger]

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22189565