Mitofuzin-2 jest protein koji je kod ljudi kodiran genom MFN2 sa hromosoma 1. Mitofuzini su GTPaze ugrađeni u vanjsku mitohondrijsku membranu. Kod sisara MFN1 i MFN2 su neophodni za fuziju mitohondrija. Pored mitofuzina, fuziju unutrašnje mitohondrijske membrane regulira OPA1, a DRP1 je odgovoran za fisiju mitohondrija.
Mitofuzin-2 (MFN2) je protein mitohondrijske membrane koja ima centralnu ulogu u regulaciji mitohondrijske fuzije i metabolizma ćelija. Preciznije, MFN2 je dinaminu slična GTPaza, ugrađena u vanjsku mitohondrijsku membranu (OMM) koja zauzvrat utiče na mitohondrijsku dinamiku, distribuciju, kontrolu kvaliteta i funkciju.
Pored MFN2, fuziju unutrašnje mitohondrijalne membrane regulira OPA1, a MFN1 je posrednik mitohondrijske fuzije i DRP1 je odgovoran za fisiju mitohondrija.
Aminokiselinska sekvenca Dužina polipeptidnog lanca je 757 aminokiselina, a molekulska težina 86.402 Da..
1020304050 MSLLFSRCNSIVTVKKNKRHMAEVNASPLKHFVTAKKKINGIFEQLGAYI QESATFLEDTYRNAELDPVTTEEQVLDVKGYLSKVRGISEVLARRHMKVA FFGRTSNGKSTVINAMLWDKVLPSGIGHTTNCFLRVEGTDGHEAFLLTEG SEEKRSAKTVNQLAHALHQDKQLHAGSLVSVMWPNSKCPLLKDDLVLMDS PGIDVTTELDSWIDKFCLDADVFVLVANSESTLMQTEKHFFHKVSERLSR PNIFILNNRWDASASEPEYMEEVRRQHMERCTSFLVDELGVVDRSQAGDR IFFVSAKEVLNARIQKAQGMPEGGGALAEGFQVRMFEFQNFERRFEECIS QSAVKTKFEQHTVRAKQIAEAVRLIMDSLHMAAREQQVYCEEMREERQDR LKFIDKQLELLAQDYKLRIKQITEEVERQVSTAMAEEIRRLSVLVDDYQM DFHPSPVVLKVYKNELHRHIEEGLGRNMSDRCSTAITNSLQTMQQDMIDG LKPLLPVSVRSQIDMLVPRQCFSLNYDLNCDKLCADFQEDIEFHFSLGWT MLVNRFLGPKNSRRALMGYNDQVQRPIPLTPANPSMPPLPQGSLTQEEFM VSMVTGLASLTSRTSMGILVVGGVVWKAVGWRLIALSFGLYGLLYVYERL TWTTKAKERAFKRQFVEHASEKLQLVISYTGSNCSHQVQQELSGTFAHLC QQVDVTRENLEQEIAAMNKKIEVLDSLQSKAKLLRNKAGWLDSELNMFTH QYLQPSR
Struktura
thumb|Kristalografska struktura proteina mitofuzin-2 (boja duge, N-terminal = plava, C-terminal = crvena).; |upright=1.5 thumb|upright=1.5|Tercijarna struktura MFN2
Ljudski protein mitofuzin-2 sadrži 757 aminokiselinskih ostataka. MFN2 se sastoji od velikog citosolnog GTPaznog domena na N-terminalu, praćen domenom prolinom bogatih (PR), heptad-ponavljanja (HR1), dva uzastopna transmembranska domena (TM) koji prelaze OMM i drugu citosolni domen heptadnog (HR2) ponavljanja na C-terminalu. Elektronska mikroskopija (EM) pokazala je da se MFN2 akumulira u kontaktnim regijama između susjednih mitohondrija, podržavajući njihovu ulogu u njihovoj fuziji. Prvobitne studije otkrile su da i MFN1 i MFN2, koji se protežu od OMM, dviju suprotstavljenih mitohondrija, fizički interaguju u trans poziciji, formiranjem antiparalelnih dimera između njihovih HR2 domena.
Funkcija
Ključna studija in vivo otkrila je da je MFN2 neophodan za razvoj embriona, pa je zato delecija MFN2 kod miševa smrtonosna tokom srednjeg perioda razvoja. Inaktivacija alela "MFN2" nakon placentacije također je otkrila da ablacija MFN2 ozbiljno narušava razvoj malog mozga. Također je opisano da se MFN2 nalaze posvuda i da pokazuju različite nivoe ekspresije među tkivima, budući da je MFN2 u velikoj meri preovlađujući u mozgu, zbog čega je jedan od razloga zašto njegova ablacija izaziva oštećenja specifična za korteks.50px Tekst je kopiran sa ovog izvora, koji je dostupan pod a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Mitohondrijska fuzija i fisija thumb|upright=1.5|Međusobno povezane zeleno fluorescentno obojene mitohondrije daju ono što je poznato kao "mitohondrijalna mreža", koja stalno prolazi kroz procese fuzije i fisije kako bi se održala distribucija i veličina ćelije.
MFN2 je mitohondrijski membranski protein koji učestvuje u mitohondrijskoj fuziji i doprinosi održavanju i radu mitohondrijske mreže. Mitohondrije funkcionišu kao dinamička mreža koja stalno prolazi kroz fuziju i fisiju. Ravnoteža između fuzije i fisije je važna u održavanju integriteta mitohondrija i olakšava miješanje membrana i razmjenu DNK između mitohondrija. MFN1 i MFN2 posreduju u fuziji vanjske membrane, OPA1 je uključen u fuziju unutrašnje membrane, a DRP1 je odgovoran za fisiju mitohondrija.
Mitohondrijska fuzija je jedinstvena jer uključuje dvije membrane: OMM i unutrašnje mitohondrijske membrane (IMM), koje moraju biti preuređene na koordiniran način kako bi se održao integritet organela. Nedavne studije pokazale su da ćelije sa nedostatkom MFN2 imaju aberantnu mitohondrijsku morfologiju, sa jasnom fragmentacijom mreže.
Mitohondrijska fuzija je neophodna za razvoj embriona. Nokaut-miševi za MFN1 ili MFN2 imaju deficite fuzije i uginuće. MFN2 nokaut-miševi uginu na embrionalni dan 11,5 zbog defekta u sloju gigantskih ćelija placente. Mitohondrijska fuzija je također važna za mitohondrijski transport i lokalizaciju u neuronskim procesima. Uvjetni MFN2 nokaut miševi pokazuju degeneraciju u Purkinjeovim ćelijama malog mozga, kao i nepravilno lokalizirane mitohondrije u dendritima. MFN2 se također povezuje sa MIRO-Milton kompleksom koji povezuje mitohondrije na kinezinski motor.
Endoplazmatskoretikulumsko-mitohondrijski kontakti
Za MFN2 se također sugeriralo da je ključni regulator povezanosti ER –mitohondrija, iako je njegova tačna funkcija u ovoj interorganeli još uvijek nepoznata. Uočeno je da se male frakcije MFN2 nalaze u membranama ER, posebno u takozvanim ER mitohondrijama povezanim membranama (MAM). Nekoliko procesa za koje je poznato da se odvijaju u MAM-u, kao što je formiranje autofagosoma za koje se tvrdilo da su modulirani prisustvom MFN2.
Aksonski transport mitohondrija Predloženo je da je MFN2 neophodan za transport mitohondrija duž aksona, jer je uključen u njihovo vezivanje za mikrotubule putem interakcije sa dva glavna motorna proteina Miro i Milton.
Pokazalo se da su drugi intraćelijski putevi, kao što su progresija ćelijskog ciklusa, održavanje mitohondrijske bioenergije, apoptoza i autofagija, modulirani MFN2.
Klinički značaj
Važnost regulirane morfologije mitohondrija u ćelijskoj fiziologiji odmah pokazuje potencijalni uticaj MFN2 na nastanak/progresiju različitih patoloških stanja.
Charcot–Marie–Toothova boleat tip 2A (CMT2A)
Charcot–Marie–Toothova bolest tip 2A (CMT2A) uzrokovana je mutacijama u "MFN2" genu. Mutacije MFN2 povezane su sa neurološkim poremećajima koje karakteriše širok klinički fenotip koji uključuje i centralni i periferni nervni sistem. Oštećenje prvog je rjeđe, dok su oblici perifernih neuropatija češći i teži, zahvataju i noge i ruke, sa slabošću, gubitkom čula i optičkom atrofijom. Svi ovi kompleksni fenotipovi su klinički prikupljeni u neurološkom poremećaju CMT2A, podtipu heterogene grupe kongenitalnih neuromišićnih bolesti koje zahvataju motorne i senzorne neurone, zvane CMT bolest.
Među različitim tipovima ćelija, neuroni su posebno osjetljivi na MFN2 defekte: da bi ispravno radile, ove čelije trebaju funkcionalne mitohondrije, smještene na određenim mjestima kako bi podržale adekvatnu proizvodnju ATP-a i puferiranje Ca2+. Predloženo je da defektna mitohondrijska fuzija učestvuje u patogenezama CMT2A. Još jedna važna ćelijska karakteristika promijenjena u prisutnosti MFN2 mutacija je mitohondrijski transport i sadašnji modeli predlažu ovaj defekt kao glavni uzrok CMT2A.
Mutacije u OPA1 također uzrokuju optičku atrofiju, što ukazuje na uobičajenu ulogu mitohondrijske fuzije u neuronskoj disfunkciji. Tačan mehanizam kako mutacije u MFN2 selektivno uzrokuju degeneraciju dugih perifernih aksona nije poznat. Postoje dokazi koji upućuju na to da bi to moglo biti uzrokovano defektima u aksonskom transportu mitohondrija.
Alzheimerova bolest
Sve veći broj dokaza ukazuje na moguću vezu između deregulacije MFN2 i Alzheimerove bolesti (AD). Konkretno, nivoi proteina MFN2 i iRNK su smanjeni u čeonom korteksu pacijenata sa AD, kao i u hipokampusnim neuronima postmortem pacijenata sa AD. Primjetno je da su korteks i hipokampus područja mozga u kojima je uočeno veliko oštećenje neurona u AD. Zanimljivo je da se gen MFN2 nalazi na hromosomskoj regiji 1p36, za koji se sugerira da je lokus povezan s AD. Međutim, nepoznato je da li su promjene MFN2 uzrok patologije ili samo posljedica AD. Konkretno, nije jasno da li je MFN2 povezan sa AD putem svojih efektata na mitohondrije ili utičući na druge puteve.
Ukratko, mitohondrijska disfunkcija je istaknuta karakteristika neurona osolba sa AD. Opisano je da su nivoi DRP1, OPA1, MFN1 i MFN2 značajno smanjeni, dok su nivoi Fis1 značajno povećani u AD pacijenata.
Parkinsonova bolest
MFN2 je ključni supstrat PINK1/parkin para, čije su mutacije povezane s porodičnim oblicima Parkinsonove bolesti (PD). Pokazalo se da je MFN2 neophodan za aksonske projekcije dopaminergijskih (DA) neurona srednjeg mozga koji su zahvaćeni PD. Promjene MFN2 u progresiji PD, s obzirom na kapacitet PINK1 i parkina da pokrenu posttranslacijske modifikacije u svojim supstratima, tek treba da se procijene.
Gojaznost/dijabetes/rezistencija na insulin
MFN2 protein može imati ulogu u patofiziologiji gojaznosti. Kod gojaznosti i dijabetesa tipa II, otkriveno je da je ekspresija MFN2 smanjena. Zauzvrat, MFN2 podregulacija aktivira JNK put, favorizujući formiranje lipidnih intermedijera koji dovode do otpornostio na insulin. Nedavne studije su također pokazale da mitohondrije zaustavljaju fuziju smanjenjem MFN2 kod gojaznosti i dijabetesa, što dovodi do fragmentirane mitohondrijske mreže. Ova fragmentacija je očigledna u pankreasnin beta-ćelijama na Langerhansovim otočićima i može inhibirati mehanizme kontrole kvaliteta mitohondrija kao što su mitofagija i autofagija – što dovodi do kvara u lučenju insulina i konačnog otkazivanjaa beta-ćelija. Ekspresija MFN2 u skeletnim mišićima proporcionalna je osjetljivosti na insulin u ovom tkivu, a njegova ekspresija je smanjena kod miševa hranjenih hranom s visokim udjelom masti i Zucker masnih pacova.
Kardiomiopatije
U srcu, embrionska kombinovana delecija MFN1/MFN2 je smrtonosna za mišje embrione, dok kod odraslih izaziva progresivnu i smrtonosnu proširenu kardiomiopatiju. Uočena je umjrena hipertrofija srca, povezana sa tendencijom mitohondrija lišenih MFN2, uzrokovanom povećanom otpornošću na stimulanse ćelijske smrti posredovane Ca2+. Iako je neosporan značaj MFN2 u fiziologiji kardiomiocita, pojašnjenje da li je uključena njegova profuzijska aktivnost ili druge funkcionalnosti proteina će zahtijevati dalja istraživanja.
Kancer
Proučavanje mehanizama mitohondrijske funkcije, tačnije funkcije MFN2, tokom tumorigeneze kritično je za sljedeću generaciju terapeutika kancera. Nedavne studije pokazale su da disregulacija mitohondrijske mreže može uticati na MFN2-proteine, izazivajući mitohondrijsku hiperfuziju i fenotip otporan na više lijekova (MDR) u ćelijama raka. MDR ćelije raka imaju mnogo agresivnije ponašanje i vrlo su invazivne s boljom sposobnošću metastaziranja. Svi ovi faktori dovode do loše prognoze raka i stoga su potrebne nove terapijske strategije za ciljanje i iskorenjivanje MDR TNBC ćelija. Pretpostavlja se da je hiperfuzija mitohondrija jedan od glavnih mehanizama koji čini ćelije otpornim na tradicijske hemoterapijske tretmane. Dakle, inhibiranje mitohondrijske fuzije bi senzibiliziralo ćelije raka na hemoterapiju, što bi je učinilo znatno efikasnijim tretmanom. Da bi se inhibirala mitohondrijska hiperfuzija, mora se koristiti anti-MFN2 peptid, kako bi se vezao za MFN2 proteine mitohondrijske membrane i spriječio ih da izgrade mitohondrijsku mrežu. Cilj anti-MFN2 peptida je da učini da MFN2 ne bude funkcionalan, tako da ne može učestvovati u fuziji mitohondrija i u radu mitohondrijske mreže. Na taj način neće doći do hiperfuzije i hemoterapijski lijekovi bi bili mnogo uspješniji. Međutim, potrebna su dalja istraživanja u ovoj oblasti jer još uvijek postoji mnogo nepoznanica.
Reference
Dopunska literatura
Vanjski linkovi GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Charcot-Marie-Tooth Neuropathy Type 2
Kategorija:Geni na hromosomu 1 Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika