Metabolic Impact and Mechanism of Enhanced Mitochondrial Calcium Uptake in Mitochondrial Cardiomyopathies

线粒体钙摄取增强对线粒体心肌病的代谢影响和机制

基本信息

  • 批准号:
    10391325
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-05-15 至 2023-07-09
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Diseases that arise from mutations in components of mitochondrial oxidative phosphorylation can be devastating, as mitochondria are crucial for energy synthesis. These diseases occur predominantly in infants and children, with a prevalence of 1 in 5000. Though virtually any organ can be affected, the heart is frequently involved, because cardiac function has such high energy requirements. These mitochondrial cardiomyopathies have a particularly grim prognosis, with mortality rates increased nearly three-fold compared to children without cardiac involvement. In linking cardiac function to mitochondrial metabolism, calcium signaling may be central to the pathological process. Calcium influx into the mitochondria can potently stimulate ATP synthesis, but excessive levels trigger mitochondrial failure and cell death. We hypothesize that, when oxidative phosphorylation becomes impaired, feedback regulation causes a compensatory increase in calcium influx, boosting ATP synthesis. However, after prolonged entry, mitochondrial calcium levels become excessive and trigger mitochondrial failure, exacerbating cardiac dysfunction. The rationale for this study is to determine whether such regulation exists in a well- characterized animal model of mitochondrial cardiomyopathies, which features genetic deletion of a mitochondrial transcription factor (Tfam) selectively in cardiomyocytes. The first aim is to determine whether the increased mitochondrial calcium levels found in preliminary studies are truly compensatory. For this aim, we will create animals with mitochondrial cardiomyopathies that have mitochondria that either cannot take up calcium, or are resistant to excessive calcium levels. The second objective is to determine the molecular mechanism causing enhanced mitochondrial calcium influx, and determine whether such enhancement can be replicated in cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells. In these analyses, we use an innovative set of techniques, including direct electrical measurement of mitochondrial calcium currents, that overcome technical challenges present in studying calcium transport. If successful, our research will define a significant new target for potential therapy in these devastating disorders.
项目摘要 由线粒体氧化磷酸化成分突变引起的疾病可以是 毁灭性的,因为线粒体对于能量合成至关重要。这些疾病主要发生在 婴儿和儿童,患病率为5000分之一。尽管几乎任何器官都可能受到影响,但心脏是 通常涉及,因为心脏功能具有如此高的能量需求。这些线粒体 心肌病具有特别严峻的预后,死亡率增加了近三倍 与没有心脏参与的儿童相比。在将心脏功能与线粒体代谢联系起来时, 钙信号传导可能是病理过程的核心。钙流入线粒体可以 有力刺激ATP合成,但水平过高会触发线粒体衰竭和细胞死亡。我们 假设,当氧化磷酸化受到损害时,反馈调节会导致A 钙涌入的补偿性增加,增强ATP合成。但是,长时间进入后, 线粒体钙水平变得过高并触发线粒体衰竭,加剧心脏 功能障碍。这项研究的理由是确定这种调节是否存在 线粒体心肌病的特征动物模型,该模型具有遗传缺失 线粒体转录因子(TFAM)选择性地在心肌细胞中。第一个目的是确定 初步研究中发现的线粒体钙水平是否确实是补偿性的。为了 这个目标,我们将创建具有线粒体心肌病的动物,其线粒体是 不能占据钙,也不能抵抗过度的钙水平。第二个目标是确定 导致线粒体钙涌入的分子机制,并确定是否存在 可以在人类诱导的多能干细胞衍生的心肌细胞中复制增强。在 这些分析,我们使用了一套创新的技术,包括直接电气测量 线粒体钙电流,它克服了研究钙转运中存在的技术挑战。如果 成功,我们的研究将在这些破坏性的情况下定义一个重要的潜在治疗的新目标 疾病。

项目成果

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