최근에 이루어진 세포생물학적, 유전학적 연구들을 통하여 미토콘드리아의 구조 변화가 매우 역동적이며, dynamin- related protein(DRP)와 같은 다양한 단백질에 의해 조절된다는 것이 알려지게 되었다. 미토콘드리아가 ATP 합성을 통한 세포내 신진대사에 관여하며, 소포체와 상호작용을 통하여 칼슘 이온 농도의 항상성 유지, 그리고 세포 사멸에서 중요한 역할을 한다는 사실을 고려해 볼 때, 미토콘드리아 구조 역동성 조절은 정상적인 세포의 성장과 항상성 유지와 매우 밀접한 관계에 있다. 이러한 점에서, 미토콘드리아의 구조 역동성 변화가 신경세포의 발달에 큰 영향을 줄 것으로 생각된다. 이 논문에서는 미토콘드리아의 구조 역동성을 조절하는 단백질들을 소개하고, 신경세포의 발달과정에서 미토콘드리아의 구조 역동성 조절의 중요성에 대하여 전망하고자 한다.
Khanna, Rajesh;Zougman, Alexandre;Stanley, Elise F.
BMB Reports
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제40권3호
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pp.302-314
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2007
N type calcium channels (CaV2.2) play a key role in the gating of transmitter release at presynaptic nerve terminals. These channels are generally regarded as parts of a multimolecular complex that can modulate their open probability and ensure their location near the vesicle docking and fusion sites. However, the proteins that comprise this component remain poorly characterized. We have carried out the first open screen of presynaptic CaV2.2 complex members by an antibody-mediated capture of the channel from purified rat brain synaptosome lysate followed by mass spectroscopy. 589 unique peptides resulted in a high confidence match of 104 total proteins and 40 synaptosome proteome proteins. This screen identified several known CaV2.2 interacting proteins including syntaxin 1, VAMP, protein phosphatase 2A, $G_{o\alpha}$, G$\beta$ and spectrin and also a number of novel proteins, including clathrin, adaptin, dynamin, dynein, NSF and actin. The unexpected proteins were classified within a number of functional classes that include exocytosis, endocytosis, cytoplasmic matrix, modulators, chaperones, and cell-signaling molecules and this list was contrasted to previous reports that catalogue the synaptosome proteome. The failure to detect any postsynaptic density proteins suggests that the channel itself does not exhibit stable trans-synaptic attachments. Our results suggest that the channel is anchored to a cytoplasmic matrix related to the previously described particle web.
Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease worldwide, and accumulating evidence indicates that mitochondrial dysfunction is associated with progressive deterioration in PD patients. Previous studies have shown that sinapic acid has a neuroprotective effect, but its mechanisms of action remain unclear. The neuroprotective effect of sinapic acid was assayed in a PD mouse model generated by the neurotoxin 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) as well as in SH-SY5Y cells. Target protein expression was detected by western blotting. Sinapic acid treatment attenuated the behavioral defects and loss of dopaminergic neurons in the PD models. Sinapic acid also improved mitochondrial function in the PD models. MPTP treatment increased the abundance of mitochondrial fission proteins such as dynamin-related protein 1 (Drp1) and phospho-Drp1 Ser616. In addition, MPTP decreased the expression of the REV-ERB α protein. These changes were attenuated by sinapic acid treatment. We used the pharmacological REV-ERB α inhibitor SR8278 to confirmation of protective effect of sinapic acid. Treatment of SR8278 with sinapic acid reversed the protein expression of phospho-Drp1 Ser616 and REV-ERB α on MPTP-treated mice. Our findings demonstrated that sinapic acid protects against MPTP-induced PD and these effects might be related to the inhibiting abnormal mitochondrial fission through REV-ERB α.
Unique cartilage matrix-associated protein (UCMA)은 γ-카르복실화(Gla) 잔기가 풍부한 간외 비타민 K 의존 단백질이다. UCMA는 조골세포 분화를 촉진하고 뼈 형성을 강화한다고 보고되고 있지만 고혈당 스트레스 하에서 조골세포에 미치는 영향에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 고혈당 조건하에서의 MC3T3-E1 조골세포에서 UCMA 효과를 조사하기 위해 MC3T3-E1 조골세포를 높은 포도당에 노출한 후 재조합 UCMA 단백질을 처리하였다. MC3T3-E1 세포에서 활성 산소종(ROS)의 생성은 고혈당 조건하에서 증가했으나 UCMA 단백질 처리 후 감소했음을 CellROX 및 MitoSOX 염색으로 확인하였다. 또한 고혈당 조건에서 UCMA 단백질을 함께 처리한 MC3T3-E1 세포에서 정량적 중합효소 연쇄반응 결과, 항산화 유전자인 nuclear factor erythroid 2-related factor 2 와 superoxide dismutase 1 발현이 증가하였다. 동일 조건하에서 UCMA 단백질 처리에 의해 heme oxygenase-1 발현 감소와 함께 세포질에서 핵으로의 전위가 감소되었고, 미토콘드리아 분열에 관여하는 dynamin-related protein 1 발현이 증가하였으며, AKT 신호 활성은 억제되었다. 종합적으로 UCMA는 고혈당에 노출된 조골세포에서 ROS 생성을 완화하고, 항산화 유전자 발현을 증가시키고, 미토콘드리아 역학에 영향을 미치며, AKT 신호를 조절하는 것으로 보인다. 본 연구는 UCMA의 세포 메커니즘에 대한 이해를 돕고, 대사 장애 관련한 골 합병증에 대한 새로운 치료제로서의 잠재적 사용 가능성을 제시하고 있다.
Park, Ji-Eun;Lee, Seung Gee;Yoo, Young Hyun;Kim, Jong-Min
한국발생생물학회지:발생과생식
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제26권2호
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pp.71-77
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2022
In response to luteinizing hormone (LH), a higher concentration of progesterone (P4) is produced in luteal cells of corpus luteum (CL). Mitochondria are an essential cellular organelle in steroidogenesis. The specific engagement of the concept regarding mitochondrial shaping with early stages of steroidogenesis was suggested in reproductive endocrine cells. Although the specific involvement of GTPase dynamin-related protein 1 (Drp1) with steroidogenesis has been demonstrated in luteal cells of bovine CL in vitro, its actual relationship with ovarian steroidogenesis during the estrous cycle remains unknown. In this study, while Fis1 and Opa1 protein levels did not show significant changes during the estrous cycle, Drp1, Mfn1, and Mfn2 proteins exhibited relatively lower levels at proestrus than at estrus or diestrus. 3β-HSD showed higher levels at proestrus than at estrus or diestrus. In addition, Drp1 phosphorylation (s637) was higher in proestrus than in estrus or diestrus. Immune-positive cells for Drp1, pDrp1 (s637), and 3β-HSD were all localized in the cytoplasm of luteal cells in the CL. The immune-positive cells for 3β-HSD were more frequently seen in the CL at proestrus than at estrus or diestrus. Immunoreactivity for Drp1 in luteal cells at proestrus was weaker than that at estrus or diestrus. However, pDrp1 (s637) immune-positive cells were mostly detected in luteal cells at proestrus. These results imply that steroidogenesis (P4 production) in the CL is closely related to phosphorylation of Drp1 at serine 637. Taken together, this study presents evidence that Drp1 phosphorylation at serine 637 is an important step in steroidogenesis in the CL.
Mitochondria are highly dynamic organelles that constantly undergo fission and fusion processes that closely related to their function. Disruption of mitochondrial dynamics has been demonstrated in acute kidney injury (AKI), which could eventually result in cell injury and death. Previously, we reported that augmenter of liver regeneration (ALR) alleviates renal tubular epithelial cell injury. Here, we gained further insights into whether the renoprotective roles of ALR are associated with mitochondrial dynamics. Changes in mitochondrial dynamics were examined in experimental models of renal ischemia-reperfusion (IR). In a model of hypoxia-reoxygenation (HR) injury in vitro, dynamin-related protein 1 (Drp1) and mitochondrial fission process protein 1 (MTFP1), two key proteins of mitochondrial fission, were downregulated in the Lv-ALR + HR group. ALR overexpression additionally had an impact on phosphorylation of Drp1 Ser637 during AKI. The inner membrane fusion protein, Optic Atrophy 1 (OPA1), was significantly increased whereas levels of outer membrane fusion proteins Mitofusin-1 and -2 (Mfn1, Mfn2) were not affected in the Lv-ALR + HR group, compared with the control group. Furthermore, the mTOR/4E-BP1 signaling pathway was highly activated in the Lv-ALR + HR group. ALR overexpression led to suppression of HR-induced apoptosis. Our collective findings indicate that ALR gene transfection alleviates mitochondrial injury, possibly through inhibiting fission and promoting fusion of the mitochondrial inner membrane, both of which contribute to reduction of HK-2 cell apoptosis. Additionally, fission processes are potentially mediated by promoting tubular cell survival through activating the mTOR/4E-BP1 signaling pathway.
본 연구는 근생성 및 근위축 완화효능을 가진 유효소재 발굴의 필요성에 의해 polygalacin D가 근원세포 분화 및 미토콘드리아에 미치는 영향과 항암제 유도 근위축에 대한 완화효과를 각각 세포 및 동물실험을 통해 확인하고자 하였다. 그 결과, polygalacin D는 다핵을 지닌 근관세포의 수와 분화 종결인자인 MHC isoforms의 발현량을 증가시켰고 근육 내 단백질 분해 인자인 MuRF1, Smad2/3의 발현량은 유의적으로 감소시켰다. 또한 미토콘드리아 생합성 조절인자인 Pgc1α의 발현은 증가시키고 미토콘드리아 분열인자인 Drp1과 Fis1의 발현은 감소시켰다. 한편 zebrafish 동물모델을 통해 항암제 유도 근위축에 대한 개선효과를 확인한 결과, polygalacin D는 항암제에 의해 유도된 근위축과 미토콘드리아 손상을 완화시켰다. 이상의 결과들은 polygalacin D가 미토콘드리아 기능 증진을 매개로 근원세포 분화 촉진 및 근육 단백질 분해 저하 효과를 지닐 뿐만 아니라, 미토콘드리아 손상을 개선하여 항암제로 유도된 근위축에 대한 완화 효과를 나타냄을 시사한다. 따라서 본 연구를 통해 polygalacin D가 근생성 및 근위축 예방과 치료를 위한 잠재적인 유효소재로서의 가능성을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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