ParkinのMfn2ユビキチン化がミトコンドリアと小胞体の相互作用を制御する (Pharmacological Research 2018年9月13日オンライン掲載論文)

結論から言うと、Parkinに変異があるとミトコンドリア-ER連結のレベルが落ちることを発見し、その分子機構がParkin依存的なMfn2のユビキチン化であることを示した論文。

 

ということで今回abstractを全訳するのは、2018年9月13日のPharmacological Researchにオンライン掲載の「Regulation of Endoplasmic Reticulum-Mitochondria contacts by Parkin via Mfn2. (Mfn2を介したParkinによる小胞体 - ミトコンドリア接触の調節。)」という論文で、イタリアScientific Institute for Research and Healthcare (IRCCS)の Dr. Elena Zivianiの仕事である。*1

  

abstract

Parkin, an E3 ubiquitin ligase and a Parkinson's disease (PD) related gene, translocates to impaired mitochondria and drives their elimination via autophagy, a process known as mitophagy. Mitochondrial pro-fusion protein Mitofusins (Mfn1 and Mfn2) were found to be a target for Parkin mediated ubiquitination. Mfns are transmembrane GTPase embedded in the outer membrane of mitochondria, which are required on adjacent mitochondria to mediate fusion. In mammals, Mfn2 also forms complexes that are capable of tethering mitochondria to endoplasmic reticulum (ER), a structural feature essential for mitochondrial energy metabolism, calcium (Ca2+) transfer between the organelles and Ca2+dependent cell death. Despite its fundamental physiological role, the molecular mechanisms that control ER-mitochondria cross talk are obscure. Ubiquitination has recently emerged as a powerful tool to modulate protein function, via regulation of protein subcellular localization and protein ability to interact with other proteins. Ubiquitination is also a reversible mechanism, which can be actively controlled by opposing ubiquitination-deubiquitination events. In this work we found that in Parkin deficient cells and parkin mutant human fibroblasts, the tether between ER and mitochondria is decreased. We identified the site of Parkin dependent ubiquitination and showed that the non-ubiquitinatable Mfn2 mutant fails to restore ER-mitochondria physical and functional interaction. Finally, we took advantage of an established in vivo model of PD to demonstrate that manipulation of ER-mitochondria tethering by expressing an ER-mitochondria synthetic linker is sufficient to rescue the locomotor deficit associated to an in vivo Drosophila model of PD.

(私訳と勝手な注釈) 

E3ユビキチンリガーゼであるParkinおよびパーキンソン病(PD)関連遺伝子は、障害を受けたミトコンドリアに転位し、オートファジーを促進する、これはマイトファジーとして知られている。これまでの先行研究でミトコンドリア融合促進タンパク質ミトフシン(Mfn1およびMfn2)が、Parkinを介したユビキチン化の標的であることが見出されてきた。 Mfnsは、融合を仲介するために、隣接するミトコンドリア上で必要不可欠な、ミトコンドリアの外膜に埋め込まれた膜貫通型GTPアーゼである。哺乳類ではMfn2は、ミトコンドリアを小胞体(ER)に連結することができる複合体を形成し、これはミトコンドリアのエネルギー代謝、オルガネラにCa2+依存性細胞死を連絡するためのCa2+伝達に必須の構造的特徴でもある。このような根本的に重要な生理学的役割を持つにもかかわらず、ER-ミトコンドリアの相互作用を制御する分子機構は不明である。近年の先行研究で、ユビキチン化はタンパク質の細胞内局在および他のタンパク質と相互作用する能力の調節を介して、タンパク質機能を調節するための強力なツールだと提案されている。ユビキチン化はまた、ユビキチン化 - 脱ユビキチン化によって制御される可逆的な機構でもある。この研究で著者らは、Parkin欠損細胞およびParkin変異体ヒト線維芽細胞において、ERとミトコンドリアとの間の連結レベルが減少することを見出した。さらに、パーキン依存性ユビキチン化の部位を同定し、ユビキチン化されることが出来ないMfn2変異体ではER-ミトコンドリアの物理的および機能的相互作用がレスキューできないことを示した。最後に、PDのin vivoショウジョウバエモデルを活用し、運動能力障害をレスキューには、ER-ミトコンドリア合成リンカーを発現させることによるER-ミトコンドリア連結という操作*2が十分であることを実証した。

 

個人的に、最後のER-ミトコンドリア合成リンカーの実験がなかなかエレガントな手法で驚いた。元ネタは2006年の論文らしいが、今まで知らなかった。

 

前回の記事で、パーキンソン病における、ミトコンドリア-ER間での脂質代謝の重要性についての論文を紹介した。

sudachi.hateblo.jp

今回の論文でParkinに変異があるとミトコンドリア-ER連結のレベルが落ちることを示していた点は、前回の論文と整合性が取れないと感じるが、要するに適切なミトコンドリア-ERの距離感というものがパーキンソン病に大切ということなのだろう。

 

また、今回の論文ではミトコンドリアとERの接触レベルがMfn2のユビキチン化によって制御されていることが示された。

以前のこちらの記事で、Mfn2がALSや老化による骨格筋萎縮をレスキューすることが示された。

sudachi.hateblo.jp

この論文と合わせて考えると、やはりMfn2が多くの疾患のメカニズムや治療薬を探索するカギとなるのかもしれない。

*1:Regulation of Endoplasmic Reticulum-Mitochondria contacts by Parkin via Mfn2 - ScienceDirect

論文の視覚的なイメージとして、FIGURE 6: Regulation of ER-mitochondria interaction by Parkin via Mfn2: a schematic representation も参考に。

*2:これは人工的にER標的化配列とミトコンドリア標的化配列を持つコンストラクトを発現させ、ERミトコンドリア連結を促進させるという手法。参考:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2064383/