Regolazione Parkin-dipendente delle componenti del complesso dell'Uniporto Mitocondriale del Calcio

The mitochondrial Ca2+ uniporter machinery is a multiprotein complex composed by the Ca2+selective pore-forming subunit mitochondrial uniporter (MCU) and accessory proteins, including MICU1, MICU2 and EMRE. Their concerted action at the inner mitochondrial membrane is required to fine-tune the uptake of Ca2+ into the matrix to sustain cell bioenergetics and to regulate the apoptotic response. To fulfill such requirements, and to avoid the many cell-type dependent pathological conditions associated with impaired mitochondrial Ca2+ handling, the intracellular turnover of all the components must also be tightly regulated. However, the mechanism(s) and the players involved in this process are still unknown. This work shows that the MCU complex regulator MICU1 is rapidly and selectively turned-over by the Ubiquitin Proteasome System (UPS). Moreover, the multifunctional E3 ubiquitin ligase Parkin (PARK2), whose mutations cause autosomal recessive early-onset Parkinson’s disease (PD), was identified as a potential candidate involved in this regulation since its upregulation strongly decreases the MICU1 basal levels. Parkin was also found to interact with MICU1 and, interestingly, the presence of the Ubl-domain is required for the Parkin-mediated degradation of MICU1, suggesting that it may play a role in the basal auto-inhibited state. These findings support a model in which the PD-related E3 ubiquitin ligase Parkin participates in the selective regulation of the MCU complex regulator MICU1, thus contributing to shape the mitochondrial Ca2+ signals and supporting the notion that impairments in the ability of mitochondria to take up Ca2+ might contribute to the pathogenesis of PD.

Il complesso dell’Uniporto Mitocondriale del Calcio è una struttura multiproteica composta dal canale selettivo al calcio (MCU) e da una serie di proteine accessorie, tra cui MICU1, MICU2 ed EMRE. L’attività integrata e sinergica di queste proteine, presenti a livello della membrana mitocondriale interna, è fondamentale per la sottile regolazione dell’ingresso del calcio nella matrice mitocondriale al fine di sostenere la bioenergetica cellulare e regolare la risposta apoptotica. Allo scopo di assolvere questi compiti anche il turnover cellulare di tutte le componenti del complesso deve essere altamente regolato in modo da evitare l’instaurarsi di condizioni patologiche associate alla deregolazione del calcio mitocondriale; i meccanismi coinvolti nella degradazione di queste proteine mitocondriali non sono ancora noti. Questo lavoro di tesi ha messo alla luce una degradazione rapida e selettiva di MICU1, regolatore positivo del complesso dell’Uniporto Mitocondriale del Calcio, da parte del sistema di degradazione citosolico Ubiquitina-Proteasoma (UPS). Come potenziale candidato coinvolto in questa regolazione viene identificata la E3 ubiquitina-ligasi Parkin (PARK2), le cui mutazioni sono causa di forme autosomiche recessive ad insorgenza precoce di Parkinson. A sostegno di ciò l’overespressione di Parkin induce una netta diminuzione dei livelli basali di MICU1. I risultati ottenuti evidenziano inoltre un’interazione fisica tra Parkin e MICU1 ed è interessante notare che la presenza del dominio Ubl sembra essere fondamentale per la degradazione di questo regolatore di MCU suggerendone il coinvolgimento nei meccanismi di autoinibizione basale di Parkin. I dati sostengono quindi un modello in cui Parkin, l’E3 ubiquitina-ligasi associata al Parkinson, è coinvolta nella degradazione selettiva di MICU1, questa regolazione contribuisce alla modulazione dei segnali mitocondriali di calcio evidenziando come alterazioni nella capacità dei mitocondri di captare calcio possono contribuire all’insorgenza del Parkinson.