Ubiquitin-dependent mitochondrial quality control
泛素依赖性线粒体质量控制
基本信息
- 批准号:10369587
- 负责人:
- 金额:$ 33.67万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-05-01 至 2024-02-29
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ATP phosphohydrolaseAddressAffectAlzheimer&aposs DiseaseAmyotrophic Lateral SclerosisAutophagocytosisBiochemicalBioenergeticsBiological AssayBiologyCell modelCellsComplexComplications of Diabetes MellitusDataDependenceDevelopmentDiseaseEquilibriumEukaryotic CellGenesGoalsHCT116 CellsHela CellsHomeostasisHuntington DiseaseImageIn VitroLaboratoriesLeadLinkMediatingMembrane ProteinsMessenger RNAMethodsMitochondriaMitochondrial Membrane ProteinMitochondrial ProteinsMolecularNerve DegenerationNeuronsOuter Mitochondrial MembraneParkinParkinson DiseasePathologyPathway interactionsProcessProteinsProteomicsPublishingQuality ControlReactive Oxygen SpeciesRegulationRoleSignal TransductionSiteStressStructureSystemTertiary Protein StructureTestingTimeUbiquitinUbiquitinationWorkage relatedaging populationbiological adaptation to stresshuman diseaseimprovedinsightmitochondrial dysfunctionmulticatalytic endopeptidase complexnew therapeutic targetnovelpreventprospectiveprotein degradationproteostasissuccesstherapy developmenttraffickingtrendubiquitin-protein ligase
项目摘要
Summary
Mitochondria are at the center of age-related human diseases, such as Parkinson’s, Alzheimer’s, Huntington’s
diseases. With current trends toward the aging population, developing therapies for these diseases is a critical
need. Protective strategies, mostly aimed at neutralizing toxic reactive oxygen species (ROS), have only been
partially successful. Thus, new treatment options with independent modes of action are needed to improve the
success rate of current therapies. The proposed work directly responds to this need and will provide critical
insights into the regulation and function of mitochondrial quality control pathways. Eukaryotic cells have a
multi-layered system dedicated to mitochondrial quality control. The initial defense consists of a network of
proteolytic systems that degrade proteins that are damaged, misfolded or mislocalized, or control activities of
stress responsive mitochondrial factors. Recent findings, including work in the PI’s laboratory, demonstrated
that the ubiquitin (Ub)/proteasome system (UPS), through Ub-dependent degradation/control of the OMM
associated proteins is critical for mitochondrial quality control. Regulation of mitochondrial fusion and fission
(mitochondrial dynamics) is another principal mitochondrial quality control mechanism. Recently we proposed
that stability of outer mitochondrial membrane (OMM) proteins, including mitochondrial fusion factors Mfn1 and
Mfn2 is controlled by mitochondrial fission proteins Drp1 and Mff. Consistent with this, our new data indicate
that previously unsuspected Ub-dependent signaling functions of Drp1 and Mff are required for this process.
We also found that mitochondrial protein ubiquitination is focal and that this process is accelerated in Mff-/- and
Drp1-/- cells. These and other preliminary results, suggest unappreciated mechanisms regulating and
coordinating mitochondrial quality control pathways, including participation of the novel mitochondrial protein
degradation intermediates and mutual dependence between mitochondrial dynamics and mitophagy. We also
identified an OMM-associated E3 Ub ligase Rnf179, which according to our preliminary findings not only
controls stability of OMM proteins, including Mfn1 and Mfn2, but also affects mitochondria-specific autophagy
(mitophagy), a critical UPS-dependent mitochondrial quality control pathway. The principle goal of this proposal
is to test the hypothesis that through Ub-dependent signaling, Drp1 and Mff control and coordinate distinct
mitochondrial quality pathways, including mitochondrial fission and fusion rates and activation of mitophagy.
We also anticipate defining the role and mechanism of Rnf179 with mitochondrial protein ubiquitination in the
control of mitochondrial function and integration of mitochondrial quality control pathways, including Parkin-
dependent and -independent mitophagy. To achieve these goals we combine biochemical, state-of-the-art
imaging, and recently developed gene editing methods to address the following questions: (1) What is the Ub-
dependent mechanism that mediates crosstalk between mitochondrial fission and fusion machineries, and how
does it maintain balance between these two processes? (2) What is the mechanism by which Rnf179 in
concert with Mff and Drp1 controls mitochondrial homeostasis? (3) What is the mechanism by which Rnf179 in
concert with Mff and Drp1 complex controls mitophagy?
概括
线粒体是与年龄相关的人类疾病的核心,例如帕金森病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病
随着当前人口老龄化的趋势,开发这些疾病的治疗方法至关重要。
保护策略主要旨在中和有毒的活性氧(ROS)。
因此,需要具有独立作用模式的新治疗方案来改善。
当前疗法的成功率。拟议的工作直接响应了这一需求,并将提供关键的信息。
对真核细胞线粒体质量控制途径的调节和功能的深入了解。
致力于线粒体质量控制的多层系统由一个网络组成。
蛋白水解系统降解受损、错误折叠或错误定位的蛋白质,或控制
最近的研究结果,包括 PI 实验室的工作,证明了应激反应线粒体因素。
泛素 (Ub)/蛋白酶体系统 (UPS),通过 OMM 的 Ub 依赖性降解/控制
相关蛋白对于线粒体融合和裂变的质量控制至关重要。
(线粒体动力学)是最近我们提出的另一个主要线粒体质量控制机制。
线粒体外膜 (OMM) 蛋白的稳定性,包括线粒体融合因子 Mfn1 和
我们的新数据表明,Mfn2 受线粒体裂变蛋白 Drp1 和 Mff 控制。
这一过程需要以前未曾怀疑过的 Drp1 和 Mff 的 Ub 依赖性信号传导功能。
我们还发现线粒体蛋白泛素化是焦点,并且该过程在 Mff-/- 和
这些和其他初步结果表明,Drp1-/- 细胞的调节机制尚未得到重视。
协调线粒体质量控制途径,包括新型线粒体蛋白的参与
我们还研究了降解中间体以及线粒体动力学和线粒体自噬之间的相互依赖性。
鉴定了 OMM 相关的 E3 Ub 连接酶 Rnf179,根据我们的初步发现,它不仅
OMM 蛋白(包括 Mfn1 和 Mfn2)的稳定性控制,但也会影响线粒体特异性自噬
(线粒体自噬),一种关键的 UPS 依赖性线粒体质量控制途径 该提案的主要目标。
目的是检验以下假设:通过 Ub 依赖性信号传导,Drp1 和 Mff 控制和协调不同的
线粒体质量途径,包括线粒体裂变和融合率以及线粒体自噬的激活。
我们还期望通过线粒体蛋白泛素化来定义 Rnf179 的作用和机制。
线粒体功能的控制和线粒体质量控制途径的整合,包括 Parkin-
为了实现这些目标,我们结合了最先进的生化技术。
成像,以及最近开发的基因编辑方法来解决以下问题:(1)什么是Ub-
介导线粒体裂变和融合机制之间串扰的依赖机制,以及如何
它在这两个过程之间保持平衡吗?(2)Rnf179 的作用机制是什么?
(3) Rnf179 与 Mff 和 Drp1 共同控制线粒体稳态的机制是什么?
Mff 和 Drp1 复合物共同控制线粒体自噬?
项目成果
期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Outer mitochondrial membrane E3 Ub ligase MARCH5 controls mitochondrial steps in peroxisome biogenesis.
线粒体外膜 E3 Ub 连接酶 MARCH5 控制过氧化物酶体生物合成中的线粒体步骤。
- DOI:
- 发表时间:2023-09-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Verhoeven, Nicolas;Oshima, Yumiko;Cartier, Etienne;Neutzner, Albert;Boyman, Liron;Karbowski, Mariusz
- 通讯作者:Karbowski, Mariusz
The OMM-severed and IMM-ubiquitinated mitochondria are intermediates of mitochondrial proteotoxicity-induced autophagy in PRKN/parkin-deficient cells.
OMM 切断和 IMM 泛素化线粒体是 PRKN/parkin 缺陷细胞中线粒体蛋白毒性诱导自噬的中间体。
- DOI:
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:13.3
- 作者:Oshima, Yumiko;Verhoeven, Nicolas;Cartier, Etienne;Karbowski, Mariusz
- 通讯作者:Karbowski, Mariusz
Mitochondrial proteotoxicity: implications and ubiquitin-dependent quality control mechanisms.
线粒体蛋白毒性:影响和泛素依赖性质量控制机制。
- DOI:
- 发表时间:2022-10-29
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Karbowski, Mariusz;Oshima, Yumiko;Verhoeven, Nicolas
- 通讯作者:Verhoeven, Nicolas
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